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          寧波材料所在復雜機電系統的集成優化設計方法上取得進展
          作者:,日期:2022-05-16

            相比序列式設計方法,集成優化設計方法可以加速復雜系統的迭代設計流程,獲得更好的整體性能。將裝備的機械、電氣和控制參數集總到動態模型的反饋增益矩陣中,并運用最優控制理論進行設計,可以使產線在局部快速重構下保持最優性能。但受機械結構、驅動方案、控制器架構等因素影響,動態模型的反饋增益矩陣存在結構約束,無法運用黎卡提方程來求解,制約了最優控制理論在系統集成優化設計中的應用。

            中國科學院寧波材料技術與工程研究所精密驅動與智能機器人技術團隊的博士生袁黎明,在陳思魯、張馳、楊桂林研究員指導下,提出了一種基于參數空間優化的結構最優控制方法,如圖1所示。該方法首先建立了存在行內與列內元素間約束的反饋增益矩陣雙線性分解法則,將集成優化設計問題轉化為一個純分散式控制系統的優化設計問題。隨后,設計了一個包含系統狀態與控制輸入的參數空間,建立了將狀態空間的系統動態及反饋結構約束映射到該參數空間的法則,從而將存在非凸約束下的結構最優控制問題轉化為迭代凸規劃問題。在數值計算中,面向迭代對偶單純形線性規劃算法,完善了約束條件增補邏輯,實現了迭代中一次性生成多個切平面,提高了計算效率。相關方法可用于剛柔耦合系統、冗余驅動系統及欠驅動系統的集成優化設計,如圖2所示。

            相關論文以“Parameter Space Optimization for Robust Controller Synthesis with Structured Feedback Gain”為題發表在控制論領域的權威期刊IEEE Transactions on Cybernetics上(DOI:10.1109/TCYB.2022.3166775)。該研究得到國家自然科學基金(51875554、U2020282、U1609206)和中國科學院機器人與智能制造創新研究院自主項目(C2021001)的資助。

          圖1 基于參數空間優化的結構最優控制方法

          圖2 集成優化設計案例:(a)躍度解耦裝置,(b)二級倒立擺

           ?。ㄏ冗M制造技術研究所 陳思魯)

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