Cascaded Nonlinear Control Design for Highly Underactuated Balance Robots

要約

この論文では、作動状態のものよりも非作動状態の自由度 (DOF) の数が多い、非作動状態のバランス ロボットの非線形制御設計について説明します。
作動座標の軌道追跡と非作動座標のバランスを同時に行うという課題に対処するために、提案された制御はロボットのダイナミクスを一連のカスケード サブシステムに変換し、それぞれが仮想的に作動していると見なされます。
制御目標を達成するために、仮想および実際の制御入力を順次設計および更新して、非作動座標が瞬時の平衡状態になるようにバランス タスクを組み込みます。
閉ループのダイナミクスは安定しており、追跡誤差は原点に近い近傍に向かって指数関数的に収束することが示されています。
シミュレーション結果は、三重倒立振子カート システムを使用した、提案された制御設計の有効性を示しています。

要約(オリジナル)

This paper presents a nonlinear control design for highly underactuated balance robots, which possess more numbers of unactuated degree-of-freedom (DOF) than actuated ones. To address the challenge of simultaneously trajectory tracking of actuated coordinates and balancing of unactuated coordinates, the proposed control converts a robot dynamics into a series of cascaded subsystems and each of them is considered virtually actuated. To achieve the control goal, we sequentially design and update the virtual and actual control inputs to incorporate the balance task such that the unactuated coordinates are balanced to their instantaneous equilibrium. The closed-loop dynamics are shown to be stable and the tracking errors exponentially converge towards a neighborhood near the origin. The simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed control design by using a triple-inverted pendulum cart system.

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