Frequency-Domain Data-Driven Position-Dependent Controller Synthesis for Cartesian Robots

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作者
Philippe Schuchert,Alireza Karimi
出处
期刊:IEEE Transactions on Control Systems and Technology [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:31 (4): 1855-1866 被引量:8
标识
DOI:10.1109/tcst.2023.3257487
摘要

Cartesian robots have position-dependent dynamics that must be taken into account for high-performance applications. Traditional methods design linear time-invariant (LTI) controllers that are robustly stable with respect to position variations but result in reduced performance. Advanced methods require linear parameter varying (LPV) models and LPV controller design methods that are not well-established in the industry. On the other hand, the classical model-based gain-scheduled technique involves parametric identification, high-performance controller design for each position, interpolation of the controller parameters, and real-time controller validation, making it time-consuming and costly. Our approach uses frequency response at different operating points to design an LPV controller using a convex optimization algorithm based on second-order cone programming. The approach is applied to an industrial three-axis Cartesian robot, showing significant improvements over state-of-the-art control design strategies. Data acquisition and controller design can be performed automatically, reducing significantly the engineering costs for controller synthesis.
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