[發明專利]非線性機器人抗外源干擾控制器設計方法

有效

• 申請號: 202010932241.5
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112077846B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 劉霞;劉丹丹
• 申請（專利權）人: 西華大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 成都擎智秉業專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李順德

本發明涉及機器人控制技術領域。本發明公開了一種非線性機器人抗外源干擾控制器設計方法。本發明的技術方案包括反演控制器、受外源干擾機器人和非線性干擾觀測器，其特征在于，包括如下步驟：a、不考慮外源干擾d，設計反演控制器使其輸出為τ₀；b、在外源干擾d的情況下，設計非線性干擾觀測器對機器人受到的外源干擾進行估計，得到外源干擾d的估計值c、由反演控制器輸出τ₀和外源干擾的估計值得到抗外源干擾控制器輸出τ；d、以抗外源干擾控制器輸出τ對機器人進行控制，使得對外源干擾抑制的同時實現機器人實際位置q對其期望位置q_d的跟蹤。本發明能夠有效抑制機器人系統的外源干擾，顯著提高機器人系統的位置跟蹤精確性和系統運行穩定性。

技術領域

本發明涉及機器人控制技術領域，特別涉及非線性機器人受到干擾時的控制方法，具體是非線性機器人抗外源干擾控制器設計方法。

背景技術

在實際應用中，機器人系統會受到各種各樣的外部干擾，這些干擾會降低機器人系統位置跟蹤的精確性，甚至影響系統的穩定性。因此，需要設計有效的控制方法以補償外部干擾。

補償機器人受到的外部干擾的一個有效途徑是采用干擾觀測器。Li等【Z.J.Li,C.Y.Su,L.Y.Wang,et al.Nonlinear disturbance observer-based control design fora robotic exoskeleton incorporating fuzzy approximation.IEEE Transactions onIndustrial Electronics,2015,62(9):5763-5775.】設計了一種非線性干擾觀測器對機器人所受到的未知輸入飽和、模糊逼近誤差、粘性摩擦、重力和負載等因素引起的擾動力矩進行補償。Kim等【M.Kim,J.H.Kim,S.Kim,et al.Disturbance observer based linearfeedback controller for compliant motion of humanoid robot.IEEE InternationalConference Robotics and Automation(ICRA),Brisbane,QLD,Australia,2018:403-410.】設計基于干擾觀測器的估計器，以抑制機器人的建模誤差和系統受到的外部干擾。然而，以上文獻均沒有考慮機器人受到外源干擾的情況。外源干擾是一類由外源系統產生的干擾，外源干擾可以廣泛的代表部分信息已知的一類工程干擾，如振幅和相位未知，頻率已知的諧波干擾等等。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種非線性機器人抗外源干擾控制器設計方法，提高機器人抗外源干擾的能力。

為了實現上述目的，根據本發明具體實施方式的一個方面，提供了一種非線性機器人抗外源干擾控制器設計方法，包括反演控制器、受外源干擾機器人和非線性干擾觀測器，其特征在于，包括如下步驟：

a、不考慮外源干擾d，設計反演控制器使其輸出為τ₀；

b、在外源干擾d的情況下，設計非線性干擾觀測器對機器人受到的外源干擾進行估計，得到外源干擾d的估計值

c、由反演控制器輸出τ₀和外源干擾的估計值得到抗外源干擾控制器輸出τ；

d、以抗外源干擾控制器輸出τ對機器人進行控制，使得對外源干擾抑制的同時實現機器人實際位置q對其期望位置q_d的跟蹤；

所述非線性干擾觀測器表達式為：