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PID Control of Hydraulic Robotic Arm Based on Reinforcement Learning

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作者
Junxiang Chen,Chao Ai,Xiangdong Kong
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:73 (3): 4262-4272
标识
DOI:10.1109/tie.2025.3610719
摘要

To address the challenge of achieving highprecision control for multidegree-of-freedom heavy-duty hydraulic robotic arms, this article proposes a reinforcement learning-based proportional-integral-derivative (PID) selftuning method for a hydraulic robotic arm characterized by a simple structure and low computational load. The method combines an actor–critic neural network (ANN-CNN) reinforcement learning framework with PID control to dynamically adjust the PID gains for high-precision tracking. The critic neural network (CNN) estimates the cumulative value of position error after PID processing, evaluating the advantages and disadvantages of the control methods. Based on the accumulated error signals, the actor neural network (ANN), integratedwith the CNN, learns and adaptively adjusts the PID gain in real time. This adaptivemechanismeffectively compensates for strong nonlinearities, unknown perturbations, and multijoint coupling in the electromechanical-liquid coupling system, thereby enhancing overall tracking accuracy. Both the ANN and CNN employ a gradient descent algorithm to update neural network weights online, ensuring fast convergencewhile avoiding local optima. Finally, the stability of the proposed control method is analytically proven using the Lyapunov stabilization method, and its effectiveness is further validated through experiments on a three-degree-offreedomheavy- duty hydraulic robotic armplatform.
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