[發明專利]反步有限時間雙邊遙操作控制方法及計算機可讀存儲介質

有效

• 申請號: 201710802174.3
• 申請日: 2017-09-07
• 公開（公告）號: CN107450326B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發明（設計）人: 梁斌;張依曼;王子威;陳章;王學謙
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 徐羅艷

1.一種反步有限時間雙邊遙操作控制方法，其特征在于：包括以下步驟

S1、對于n自由度的雙邊遙操作控制機器人系統，建立其不考慮重力項的雙邊遙操作動力學模型；其中，n為正整數；

分別對所述雙邊遙操作動力學模型的主端和從端執行以下步驟S2至S6：

S2、提取機器人的關節位置變量q_j，并對所述關節位置變量q_j進行變量替換，建立狀態變量方程；并定義所述狀態變量方程中待定的虛擬切換控制器；變量替換的公式為：

其中，當j為m時代表主端，當j為s時代表從端，ΔT_m和ΔT_s分別為前向通道時延和反向通道時延；對e_j進行求導，得到構建方程以定義所述待定的虛擬切換控制器

S3、基于所述狀態變量方程，提取待穩定系統；具體包括：

對所述狀態變量方程z_1j＝e_j進行求導，得到根據方程得到所述待穩定系統

S4、選取第一Lyapunov函數，并穩定所述待穩定系統；

S5、對所述第一Lyapunov函數進行求導，并根據求導結果定義能夠使得狀態變量在滑模面滑動階段有限時間收斂的非奇異積分終端滑模面；其中，根據第一Lyapunov函數的求導結果，所述待穩定系統被穩定在z_2j→0，從而定義如下非奇異積分終端滑模面：

其中，0＜g＜1，c_1j和c_2j為正定對角矩陣，矩陣的維數與z_2j有關；

S6、當狀態變量滑行至所述非奇異積分終端滑模面時，對所述非奇異積分終端滑模面的方程求導，然后定義一評價信號ζ_j為滑模函數，則ζ_j＝S_j；選取第二Lyapunov函數并對其進行關于時間的求導，從求導的結果中得到狀態變量在滑模面滑動階段的收斂時間；

S7、根據所述雙邊遙操作動力學模型和所述非奇異積分終端滑模面構建雙邊控制器，以使非滑動模態于有限時間內到達所述非奇異積分終端滑模面；其中，所述雙邊控制器和所述虛擬切換控制器使得所述雙邊遙操作動力學模型的主從端機械臂的相對位置及速度在考慮不確定性和抖動時延的情況下于有限時間內收斂至期望值；

S8、基于閉環控制系統滿足從所述雙邊遙操作控制機器人系統的總不確定性到性能輸出的L2增益，估計狀態變量收斂時間的上限；具體包括：

選取一第三Lyapunov函數

對選取的所述第三Lyapunov函數進行求導，得到

其中，下標v＝m,s，并且v≠j，K_1j＝k_1j·I，I為單位矩陣，P_delay表示時延及其導數所產生的跳變量之和，P_unj表示主/從端受到的外界干擾和系統參數不確定形成的干擾；

由于則有

其中，γ為任意給定的正實數，

定義其中ζ為自定義的評價信號；

則有

由于

從而H_j≤0，此時定義其中可得J_j≤γ，閉環控制系統滿足從所述雙邊遙操作控制機器人系統的總不確定性到性能輸出的L2增益；

從而其中，θ_2j＝k_2jλ_min(M_j0)，r_j＝max(r_1j,r_2j)，

得到主端和從端的收斂時間為

狀態變量收斂時間的上限為T_E＝max{T_m,T_s}。