Два подхода к управлению конечной точкой двухзвенного манипулятора на основе метода иерархии управлений

Автор(ы): Грезнев П.П., Уткин А.В.

Выпуск: 122

Рубрика: Анализ и синтез систем управления

Год: 2026

Библиография: Грезнев П.П., Уткин А.В. Два подхода к управлению конечной точкой двухзвенного манипулятора на основе метода иерархии управлений // Управление большими системами. - 2026. - Вып. 122. - С.141-160.

Дата опубликования: 31.07.2026

Ключевые слова: двухзвенный манипулятор, параметрическая неопределенность, блочный подход, метод иерархии управлений, сигмоиды

Аннотация: Исследование посвящено решению актуальной задачи управления движением конечной точки двухзвенного манипулятора по заданным в рабочем пространстве траекториям в условиях существенной параметрической неопределенности модели объекта управления. Основное внимание уделено минимизации вычислительных затрат, что позволяет реализовать предложенные алгоритмы на базе маломощных микроконтроллеров без решения обратной задачи кинематики и построения идентификаторов неопределенных параметров. Методологической основой синтеза системы слежения является комплексное применение блочного принципа управления, нелинейных ограниченных сигмоидальных обратных связей и метода иерархии управлений. В статье представлены два оригинальных подхода к организации иерархического синтеза. Первый подход базируется на применении гладких ограниченных обратных связей, требует знания длин звеньев манипулятора и обеспечивает повышенную точность отслеживания и гладкость переходных процессов. Второй подход, составляющий научную новизну исследования, позволяет эффективно подавлять неопределенности даже при не известных точно геометрических параметрах конструкции и наличии негладких задающих воздействий. Разработанные подходы позволяют гарантировать стабилизацию ошибки слежения в заданном диапазоне точности при изменении параметров объекта управления в расчетных диапазонах. На основе вычислительных экспериментов проведено сравнение эффективности предложенных методов. Результаты показывают, что второй алгоритм характеризуется меньшей вычислительной сложностью и пониженными требованиями к мощности приводов за счет использования свойства пассивности механического объекта управления.

Author(s): Greznev P., Utkin A.

Article title: Two approaches to the end-point control of a two-link manipulator based on the hierarchy of controls method

Issue: 122

Year: 2026

Keywords: two-link manipulator, parametric uncertainty, block approach, hierarchy of controls method, sigmoids

Abstract: This study addresses the pressing problem of controlling the endpoint motion of a two-link manipulator along trajectories specified in the workspace under conditions of significant parametric uncertainty in the controlled plant model. Primary focus is placed on minimizing computational cost, which enables the implementation of the proposed algorithms on low-power microcontrollers without solving the inverse kinematics problem and without using dynamic identifiers of uncertain parameters. The methodological basis for the synthesis of the tracking system is the complex application of the block control principle, nonlinear limited sigmoid feedback and the hierarchical control method. The paper presents two original approaches to hierarchical synthesis. The first approach is based on the use of smooth, limited feedback loops, requires knowledge of the manipulator link lengths, and ensures increased tracking accuracy and smooth transient processes. The second approach, which represents the scientific novelty of the study, effectively suppresses uncertainties even with precisely unknown geometric parameters of the structure and the presence of nonsmooth reference signals. The developed approaches guarantee tracking error stabilization within a specified accuracy range when the control plant parameters vary within the calculated ranges. Computational experiments were used to compare the effectiveness of the proposed methods. The results show that the second algorithm is characterized by lower computational complexity and reduced drive power requirements due to the passive nature of the mechanical control plant.