[發(fā)明專利]一種基于反步策略與滑膜策略的機械臂容錯控制方法及系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2019-12-12
• 公開（公告）號: CN110879589A
• 公開（公告）日: 2020-03-13
• 發(fā)明（設計）人: 張憲福;朱菲;常艷潔;陳現(xiàn)棟;李含豐
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

1.一種基于反步策略與滑膜策略的機械臂容錯控制方法，其特征是，包括：建立機械臂系統(tǒng)的故障動態(tài)模型；

基于上述模型，利用反步設計方法，構造虛擬控制器；

利用一階滑膜微分器對虛擬控制器的導數(shù)進行有效的估計；

運用自適應估計對系統(tǒng)模型存在的未知參數(shù)及故障參數(shù)進行處理；

再次利用反步設計方法，借助自適應估計、滑膜估計的結果，并通過雙曲函數(shù)設計最終的控制器。

2.如權利要求1所述的一種基于反步策略與滑膜策略的機械臂容錯控制方法，其特征是，機械臂系統(tǒng)的故障動態(tài)模型：

其中：J表示發(fā)動機的轉動慣量，M是剛性連桿的質量，q是剛性連桿的角度，B是阻尼系數(shù)，l是軸向中心的長度，g是重力加速；

其中：

u(t)為實際控制輸入，0＜k_-≤k_j≤1、為故障參數(shù)，v(t)為設計控制器，和分別代表故障開始時間和結束時間，并且和將該系統(tǒng)進一步表示為以下數(shù)學模型：

其中：x₁＝q、表示未知參數(shù)。

3.如權利要求2所述的一種基于反步策略與滑膜策略的機械臂容錯控制方法，其特征是，應用反步設計方法構造虛擬控制器：

引入坐標變換：

y₁＝x₁-r(t)，y₂＝x₂-l(t)

選擇李雅普諾夫預備函數(shù)：

構造虛擬控制器為：

其中：r(t)為追蹤信號，l(t)為虛擬控制器，c₁為設計參數(shù)。

4.如權利要求1或3所述的一種基于反步策略與滑膜策略的機械臂容錯控制方法，其特征是，利用一階滑膜微分器對虛擬控制器的導數(shù)進行有效的估計：一階滑膜微分器形為：

5.如權利要求3所述的一種基于反步策略與滑膜策略的機械臂容錯控制方法，其特征是，運用自適應控制對參數(shù)進行處理：

系統(tǒng)固有的未知參數(shù)的自適應更新率設計為：

其中：為θ＝(θ₁，θ₂)^T的估計，Г、Λ為二維的設計矩陣。

6.如權利要求3所述的一種基于反步策略與滑膜策略的機械臂容錯控制方法，其特征是，系統(tǒng)控制器故障參數(shù)相關量的自適應更新率：

首先給出相關的符號定義：

β＝inf_1≤j≤m{k_j}，

兩者的自適應更新率設計為：

其中：分別為p的估計，γ₁、γ₂、c₂、σ₁、σ₂為調(diào)節(jié)參數(shù)。

7.如權利要求3所述的一種基于反步策略與滑膜策略的機械臂容錯控制方法，其特征是，構造李雅普諾夫函數(shù)：

其中：分別為對應的估計誤差，利用自適應估計、滑膜估計的結果，并設計帶有雙曲函數(shù)的控制器：

根據(jù)系統(tǒng)未知參數(shù)自適應更新率的設置、虛擬控制器經(jīng)過一階滑膜微分器的估計設置，對李雅普諾夫預備函數(shù)求導可得其導數(shù)滿足：

其中：k、Δ均為相關參數(shù)的代替符號。

8.一種基于反步策略與滑膜策略的機械臂容錯控制系統(tǒng)，包括控制器，其特征是，所述控制器利用上述權利要求1-7任一所述的一種基于反步策略與滑膜策略的機械臂容錯控制方法涉及獲得。