[article] in IEEE transactions on industrial electronics > Vol. 53 N° 5 (Octobre 2006) . - 1698-1712 p. | Titre : | A Multistage Position/Force Control for Constrained Robotic Systems With Friction: Joint-Space Decomposition, Linearization, and Multiobjective Observer/Controller Synthesis Using LMI Formalism | | Titre original : | Une Position/Commande à Plusieurs Etages de Force pour les Systèmes Robotiques Contraints avec le Frottement : Décomposition du Joint-Espace, linéarisation, et Synthèse d'Observateur de Multiobjective/Contrôleur en Utilisant le Formalisme de LMI | | Type de document : | texte imprimé | | Auteurs : | Khayati, Karim, Auteur ; Bigras, Pascal, Auteur ; Dessaint, Louis-A. | | Article en page(s) : | 1698-1712 p. | | Note générale : | Génie Electrique | | Langues : | Anglais (eng) | | Mots-clés : | Force control Commande de force Friction Nonlinear systems système non-linéaire Optimization methods Méthodes d'optimisation Output feedback Rétroaction de rendement Position control Comande de position Robots dynamics Dynamique de robots | | Index. décimale : | 621 Ingénierie mécanique en général. Technologie nucléaire. Ingénierie électrique. Machinerie | | Résumé : | A historical review of constrained robot modeling and control strategies is first introduced. Next, a design of a motion/force controller for a constrained servo-robot, which is based on a commonly known modeling structure, is proposed. The contact between the end-effector and the environment is subject to frictional features. Accordingly, the control plant is based on the LuGre friction closed-loop observer. Therefore, new nonlinear position and force input transforms, which are slightly different from classical computed torques, are proposed, combined with a new change of variable. The main purpose of this paper is to establish the stability condition by using the passivity of interconnected linear and nonlinear subplants. From then on, because of this formulation, the authors succeed in designing a full-order dynamic position feedback and an integral force controller that ensure exponential stabilization within an Hinfin multiobjective optimization. These conditions are expressed in terms of linear matrix inequalities. The performances are experimentally validated on a two-degrees-of-freedom robot manipulator acting on a horizontal worktable with friction. The LuGre model estimator exhibits a richer behavior in terms of friction compensation and positioning tracking when experimentally compared to the Karnopp friction compensation. The latter form exhibits poor modeling properties at zero crossings of the velocity.
Un examen historique des stratégies contraintes de modeler et de commande de robot est d'abord présenté. Après, on propose une conception d'un mouvement/d'contrôleur de force pour un servo-robot contraint, qui est basé sur généralement connu modelant la structure. Le contact entre le terminal et l'environnement est sujet à des dispositifs de friction. En conséquence, l'usine de commande est basée sur l'observateur en circuit fermé de frottement de LuGre. Par conséquent, on propose la nouvelles position et entrée non-linéaires de force transforme, qui sont légèrement différentes des couples calculés classiques, combiné avec un nouveau changement de variable. Le but principal de cet article est d'établir l'état de stabilité en employant la passivité des subplants linéaires et non-linéaires reliés ensemble. D'puis dessus, en raison de cette formulation, les auteurs réussissent à concevoir une rétroaction dynamique de position de plein-ordre et un contrôleur intégral de force qui assurent la stabilisation exponentielle dans une optimisation multiobjective de Hinfin. Ces conditions sont exprimées en termes d'inégalités linéaires de matrice. Les exécutions sont expérimentalement validées sur un manipulateur de robot de deux-degré-de-liberté agissant sur une table de travail horizontale avec le frottement. L'estimateur modèle de LuGre montre un comportement plus riche en termes de compensation de frottement et le positionnement dépistant quand expérimentalement comparé à la compensation de frottement de Karnopp. La dernière forme montre des pauvres modelant des propriétés aux passages à zéro de la vitesse. | | DEWEY : | 621 | | ISSN : | 0278-0046 | | En ligne : | karim.khayati.1@ens.etsmtl.ca, pascal.bigras@etsmtl.ca, dessaint@ele.etsmtl.ca |
[article] A Multistage Position/Force Control for Constrained Robotic Systems With Friction: Joint-Space Decomposition, Linearization, and Multiobjective Observer/Controller Synthesis Using LMI Formalism = Une Position/Commande à Plusieurs Etages de Force pour les Systèmes Robotiques Contraints avec le Frottement : Décomposition du Joint-Espace, linéarisation, et Synthèse d'Observateur de Multiobjective/Contrôleur en Utilisant le Formalisme de LMI [texte imprimé] / Khayati, Karim, Auteur ; Bigras, Pascal, Auteur ; Dessaint, Louis-A. . - 1698-1712 p. Génie Electrique Langues : Anglais ( eng) in IEEE transactions on industrial electronics > Vol. 53 N° 5 (Octobre 2006) . - 1698-1712 p. | Mots-clés : | Force control Commande de force Friction Nonlinear systems système non-linéaire Optimization methods Méthodes d'optimisation Output feedback Rétroaction de rendement Position control Comande de position Robots dynamics Dynamique de robots | | Index. décimale : | 621 Ingénierie mécanique en général. Technologie nucléaire. Ingénierie électrique. Machinerie | | Résumé : | A historical review of constrained robot modeling and control strategies is first introduced. Next, a design of a motion/force controller for a constrained servo-robot, which is based on a commonly known modeling structure, is proposed. The contact between the end-effector and the environment is subject to frictional features. Accordingly, the control plant is based on the LuGre friction closed-loop observer. Therefore, new nonlinear position and force input transforms, which are slightly different from classical computed torques, are proposed, combined with a new change of variable. The main purpose of this paper is to establish the stability condition by using the passivity of interconnected linear and nonlinear subplants. From then on, because of this formulation, the authors succeed in designing a full-order dynamic position feedback and an integral force controller that ensure exponential stabilization within an Hinfin multiobjective optimization. These conditions are expressed in terms of linear matrix inequalities. The performances are experimentally validated on a two-degrees-of-freedom robot manipulator acting on a horizontal worktable with friction. The LuGre model estimator exhibits a richer behavior in terms of friction compensation and positioning tracking when experimentally compared to the Karnopp friction compensation. The latter form exhibits poor modeling properties at zero crossings of the velocity.
Un examen historique des stratégies contraintes de modeler et de commande de robot est d'abord présenté. Après, on propose une conception d'un mouvement/d'contrôleur de force pour un servo-robot contraint, qui est basé sur généralement connu modelant la structure. Le contact entre le terminal et l'environnement est sujet à des dispositifs de friction. En conséquence, l'usine de commande est basée sur l'observateur en circuit fermé de frottement de LuGre. Par conséquent, on propose la nouvelles position et entrée non-linéaires de force transforme, qui sont légèrement différentes des couples calculés classiques, combiné avec un nouveau changement de variable. Le but principal de cet article est d'établir l'état de stabilité en employant la passivité des subplants linéaires et non-linéaires reliés ensemble. D'puis dessus, en raison de cette formulation, les auteurs réussissent à concevoir une rétroaction dynamique de position de plein-ordre et un contrôleur intégral de force qui assurent la stabilisation exponentielle dans une optimisation multiobjective de Hinfin. Ces conditions sont exprimées en termes d'inégalités linéaires de matrice. Les exécutions sont expérimentalement validées sur un manipulateur de robot de deux-degré-de-liberté agissant sur une table de travail horizontale avec le frottement. L'estimateur modèle de LuGre montre un comportement plus riche en termes de compensation de frottement et le positionnement dépistant quand expérimentalement comparé à la compensation de frottement de Karnopp. La dernière forme montre des pauvres modelant des propriétés aux passages à zéro de la vitesse. | | DEWEY : | 621 | | ISSN : | 0278-0046 | | En ligne : | karim.khayati.1@ens.etsmtl.ca, pascal.bigras@etsmtl.ca, dessaint@ele.etsmtl.ca |
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Affiner la rechercheForce control loop affected by bounded uncertainties and unbounded inputs for pneumatic actuator systems / Khayati, Karim in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 130 N°1 (Janvier/Fevrier 2008)
