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柔性关节复杂迟滞特性的改进WLSSVM建模方法

党选举 马樑海

党选举, 马樑海. 柔性关节复杂迟滞特性的改进WLSSVM建模方法[J]. 制造技术与机床, 2022, (12): 33-39. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.005
引用本文: 党选举, 马樑海. 柔性关节复杂迟滞特性的改进WLSSVM建模方法[J]. 制造技术与机床, 2022, (12): 33-39. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.005
DANG Xuanju, MA Lianghai. An improved WLSSVM modeling method for complex hysteresis characteristics of flexible joints[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (12): 33-39. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.005
Citation: DANG Xuanju, MA Lianghai. An improved WLSSVM modeling method for complex hysteresis characteristics of flexible joints[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (12): 33-39. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.005

柔性关节复杂迟滞特性的改进WLSSVM建模方法

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.005
基金项目: 国家自然科学基金项目(61863008)
详细信息
    作者简介:

    党选举,男,1965年生,工学博士,教授,博士生导师,研究方向为机器人系统建模与控制,已发表论文120篇,授权申请专利40余项。E-mail:xjd69@163.com

    通讯作者:

    党选举,男,1965年生,工学博士,教授,博士生导师,研究方向为机器人系统建模与控制,已发表论文120篇,授权申请专利40余项。E-mail:xjd69@163.com

  • 中图分类号: TP242.2, TH132.43

An improved WLSSVM modeling method for complex hysteresis characteristics of flexible joints

  • 摘要: 针对协作机器人柔性关节传动过程中固有复杂迟滞特性影响执行精度的问题,提出基于中间变量的非线性自回归移动平均(NARMAX)结构的改进加权最小二乘支持向量机(WLSSVM)迟滞模型。引入PI算子产生中间变量,将迟滞的多值映射转换为单值映射,引入输出力矩和扭转角历史值,使模型具有动态特性;LSSVM求解问题时易受模型输出误差大的数据点影响,在目标优化函数中增加具有自适应调整因子的模型输出误差构成的正则项,达到进一步提高模型精度和抗干扰能力目的。以FRANKA协作机器人关节为对象进行建模与验证,实验结果表明,相比LSSVM迟滞模型和NARMAX迟滞模型,改进WLSSVM迟滞模型具有较高的模型精度。

     

  • 图  1  LSSVM迟滞模型结构图

    图  2  LSSVM迟滞模型预测输出与误差

    图  3  改进WLSSVM迟滞模型结构图

    图  4  建模输出迟滞图

    图  5  建模输出和误差时域图

    图  6  第一组验证数据输出迟滞图

    图  7  第一组验证数据输出和误差时域图

    图  8  第二组验证数据输出迟滞图

    图  9  第二组验证数据输出和误差时域图

    图  10  第三组验证数据输出迟滞图

    图  11  第三组验证数据输出和误差时域图

    表  1  不同周期和幅度下的模型验证结果对比

    模型$A = {{\text{π}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\text{π}} 6}} \right. } 6}$, $T = 6{\text{ } }{\rm{s}}$$A = {{\text{π}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\text{π}} 8}} \right. } 8}$, $T = 4{\text{ } }{\rm{s}}$$A = {{\text{π}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\text{π}} 7}} \right. } 7}$, $T = 5{\text{ } }{\rm{s}}$
    MAE/(°)RMSEMAE/(°)RMSEMAE/(°)RMSE
    LSSVM迟滞模型0.003 240.001 060.003 320.001 320.003 310.001 14
    NARMAX迟滞模型[16]0.003 130.001 110.003 120.001 140.003 220.001 10
    改进WLSSVM迟滞模型0.001 390.000 410.001 650.000 410.001 740.000 40
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  • 收稿日期:  2022-08-23

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