基于双层优化框架的 EMLA 驱动重型操作机臂系统级高效性能： leader--follower 场景
系统与控制
2024-09-19 v1 系统与控制
摘要
可持续发展和能源效率的全球推动正在推动多个行业的重大进展，包括为重型移动操作机臂（HDMM）开发电气化解决方案。电动机械线性执行器（EMLA）由永久磁同步电机驱动，作为传统内燃机（ICE）加压式执行器的全电替代方案，为HDMM的绿色未来提供了有前景的路径。然而，电气化HDMM的运行范围受限于电池容量，凸显了需要充分发挥EMLA驱动机臂潜力的需求。这取决于对EMLA机制与重型操作机臂动态行为之间和谐关系的深入理解。为此，本文引入一种双层多目标优化框架，将电气化HDMM的EMLA驱动机臂概念化为leader--follower 场景。在leader层，优化算法通过考虑电气和机械约束来最大化EMLA效率；而在follower层，优化机械臂运动通过遵循机械臂限制的轨迹参考发生器进行优化。这种优化方法确保系统在最高效运行区域实现协同权衡，在actuation 系统上实现总体效率达70.3%，同时保持高机械臂性能。此外，为补充该框架并确保对生成的最优轨迹进行精确跟踪，开发了一种稳健、自适应、基于子系统的控制策略，实现准确控制和指数稳定性。所提方法在三个自由度机械臂上得到验证，显示出在保持高性能运行的同时显著提高了效率。
引用
@article{arxiv.2409.11849,
title = {System-Level Efficient Performance of EMLA-Driven Heavy-Duty Manipulators via Bilevel Optimization Framework with a Leader--Follower Scenario},
author = {Mohammad Bahari and Alvaro Paz and Mehdi Heydari Shahna and Jouni Mattila},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.11849},
year = {2024}
}
备注
16 pages journal paper