基于鲁棒建模的气动人工肌肉驱动仿生关节轨迹跟踪控制

为简单有效地实现单气动人工肌肉（PAM）驱动的仿生关节轨迹跟踪控制，基于鲁棒建模方法提出一种级联控制策略。首先，将比例方向控制阀输入电压与 PAM 内驱动压力之间的关系解析表达为非线性模型。其次，将 PAM 驱动压力输入与仿生关节角位置输出之间的非线性关系等价描述为带参数扰动的二阶线性时不变模型（LTI），进而由鲁棒建模方法辨识该模型参数。然后，基于上述两模型（非线性模型与 LTI 模型）建立混合模型，并据此设计级联控制器：外环为基于回路整形设计流程（LSDP）设计的用于角位置跟踪的 H∞ 控制器，内环为基于反馈线性化理论的用于 PAM 驱动压力控制的 nonlinear 控制器。最后，在关节转动范围 90 度、工作频率上限 1.25 rad/s 内完成实验，所开发级联控制器使关节跟踪给定参考轨迹的稳态误差小于 2%。结果表明，在较低工作频率下，所提策略对高度非线性系统的轨迹跟踪控制十分高效。