[發明專利]一種考慮系統延遲的不確定工業機器人運動控制方法

在審

• 申請號: 202010645703.5
• 申請日: 2020-07-07
• 公開（公告）號: CN111679644A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 李波;李宇飛;田威;廖文和;張霖;胡俊山;崔光裕
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 陳月菊

1.一種考慮系統延遲的不確定工業機器人運動控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

S1，根據電磁學原理和磁場定向控制理論建立三相交流伺服電機的動力學模型，將d軸電流與q軸電流解耦，簡化為直流電機模型進行控制；

S2，建立考慮不確定性的工業機器人機電耦合動力學控制模型，將模型改寫為狀態空間形式，并設計控制律將不確定因素的估計值在控制過程中抵消；

S3，將三相交流伺服電機的動力學模型和其中的不確定項用動態遞歸神經網絡表示，并設計權值調節律和補償控制律使神經網絡對不確定因素的估計保持穩定；

S4，將神經網絡對不確定項的估計值帶入工業機器人機電耦合動力學控制模型，并添加系統延遲，采用反饋線性化方法獲得線性化的工業機器人控制模型；

S5，對改進的Smith預測器設計控制律使其提前預測工業機器人下一采樣時刻的狀態信號，并將預測器的輸出與動態遞歸神經網絡不確定項的估計值作為工業機器人機電耦合動力學控制模型的輸入，對機器人施加基于Smith預測器的動態遞歸神經網絡預測控制方法。

2.根據權利要求1所述的考慮系統延遲的不確定工業機器人運動控制方法，其特征在于，步驟S1中，所述根據電磁學原理和磁場定向控制理論建立三相交流伺服電機的動力學模型，將d軸電流與q軸電流解耦，簡化為直流電機模型進行控制的過程包括以下步驟：

S11，根據三相交流伺服電機物理模型，建立三相交流伺服電機在兩相旋轉同步參考坐標系下的定子電壓方程：

式中，u_d、u_q分別為定子電壓在d、q軸上的分量；R_s為定子繞組電阻；i_d、i_q分別為定子電流在d、q軸上的分量；ψ_d、ψ_q分別為定子磁鏈在d、q軸上的分量；t為時間；e_d、e_q分別為感應反電動勢在d、q軸上的分量，且有e_d＝-ω_rψ_q，e_q＝ω_rψ_d，式中，ω_r為轉子角速度；

S12，構建三相交流伺服電機在兩相旋轉同步參考坐標系下的定子磁鏈方程為：

式中，L_d、L_q分別為定子繞組在d、q軸上的等效電感；ψ_f為轉子永磁體磁鏈；

S13，計算得到三相交流伺服電機產生的電磁扭矩為：

T_em＝n_p(ψ_di_q-ψ_qi_d)＝n_p[ψ_fi_q+(L_d-L_q)i_di_q]

式中，n_p為磁極對數；

S14，根據動量矩定理，三相交流伺服電機轉子的運動方程為：

式中，T_L為負載扭矩，B_m為轉子的扭轉阻尼系數，J_m為轉子的轉動慣量。

S15，根據磁場定向控制理論，在i_d＝0的矢量控制下，將電壓方程和電磁扭矩方程改寫為：

T_em＝n_pψ_fi_q＝K_ti_q

式中，K_t＝n_pψ_f為電磁扭矩常數。