[發(fā)明專利]基于外骨骼機(jī)器人的廣義動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010892356.6
• 申請(qǐng)日: 2020-08-28
• 公開（公告）號(hào): CN111983925A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫振興;徐品進(jìn);張興華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 江蘇瑞途律師事務(wù)所 32346
• 代理人: 金龍

1.一種基于外骨骼機(jī)器人的廣義動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，通過牛頓運(yùn)動(dòng)定律得出外骨骼機(jī)器人串級(jí)彈性作動(dòng)器的標(biāo)稱模型；

步驟2，對(duì)步驟1所述的標(biāo)稱模型進(jìn)行輸出預(yù)測(cè)，設(shè)計(jì)雙層更新律，用于確定系統(tǒng)在非參數(shù)不確定性時(shí)的預(yù)測(cè)周期；

步驟3，基于步驟2所述的雙層更新率，將性能指標(biāo)進(jìn)行滾動(dòng)時(shí)域優(yōu)化后得到控制律。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于外骨骼機(jī)器人的廣義動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于，所述步驟1中，外骨骼機(jī)器人中的串級(jí)彈性作動(dòng)器的標(biāo)稱模型可以寫為：

式中，q_m和q_l分別是電機(jī)夾角和連桿夾角；F_m是電機(jī)轉(zhuǎn)矩；m_m和m_l分別為電機(jī)慣量和連桿慣量；k為扭簧剛度；b_m和b_l分別為電機(jī)粘性摩擦系數(shù)和連桿粘性摩擦系數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于外骨骼機(jī)器人的廣義動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于，所述步驟2中，對(duì)模型進(jìn)行輸出預(yù)測(cè)的方法如下：

讓和

其中，x為系統(tǒng)狀態(tài)，u為控制輸入，是連桿夾角的參考信號(hào)；

然后利用該系統(tǒng)，輸出在預(yù)測(cè)期內(nèi)(0≤τ≤T)可以通過下列泰勒展開來預(yù)測(cè)：

其中，

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于外骨骼機(jī)器人的廣義動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于，所述步驟2中，設(shè)計(jì)雙層更新律的方法如下：

步驟201，讓其中ρ₁是輔助設(shè)計(jì)參數(shù)；

在重新縮放的坐標(biāo)中，系統(tǒng)可以被壓縮表示為：

式中，I∈R^4×4表示單位矩陣，L(0)＝1，

其中k₁，k₂，k₃，k₄是優(yōu)化增益，是僅與階數(shù)相關(guān)的常量；

步驟202，提出預(yù)測(cè)周期的雙層更新律，其形式為：

其中，ρ₁，ρ₂，ρ₃和ρ₄是可調(diào)參數(shù)且滿足：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于外骨骼機(jī)器人的廣義動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于，根據(jù)所述的雙層更新律，可以得出預(yù)測(cè)周期：

T＝T(0)/L，T(0)＞0 (5)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于外骨骼機(jī)器人的廣義動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于，所述步驟3中，對(duì)性能指標(biāo)進(jìn)行時(shí)域優(yōu)化得到控制律的方法如下：

步驟301，基于標(biāo)稱模型，可以預(yù)測(cè)性能指標(biāo)為：

其中，

求對(duì)U的偏導(dǎo)數(shù)，讓并且獲得優(yōu)化的控制序列

步驟302，采用控制序列第一行，得出了可實(shí)現(xiàn)的廣義動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)控制律：

式中，I＝[1]∈R^1×1，考慮到T₂(i，j)＝p_i，jT^3+i+j和T₃(i，j)＝q_i，jT^7+i+j，控制律可以簡(jiǎn)化為：

式中，p_i，j，q_i，j，i，j是與階數(shù)相關(guān)的常量，其中k₁，k₂，k₃，k₄是優(yōu)化增益，是僅與階數(shù)相關(guān)的常量。