[發(fā)明專利]一種機(jī)械臂自適應(yīng)軌跡跟蹤控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011070781.3
• 申請(qǐng)日: 2020-10-09
• 公開（公告）號(hào): CN112180729B
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊亮;周炳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)中山學(xué)院
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 中山佳思智誠專利代理事務(wù)所(普通合伙) 44591
• 代理人: 謝自知

1.一種機(jī)械臂自適應(yīng)軌跡跟蹤控制方法，其特征在于該控制方法基于滑模觀測器與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)器建立，具體步驟包括：

步驟1：針對(duì)不確定的運(yùn)動(dòng)學(xué)部分，建立運(yùn)動(dòng)學(xué)不確定雅各比矩陣模型，設(shè)計(jì)了基于滑模觀測器的不確定雅各比矩陣自適應(yīng)補(bǔ)償器，并證明其滑模面的收斂性；

步驟2：針對(duì)不確定的動(dòng)力學(xué)部分，將動(dòng)力學(xué)模型不確定項(xiàng)和外界干擾視為總不確定動(dòng)力學(xué)，設(shè)計(jì)了基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的不確定動(dòng)力學(xué)模型辨識(shí)器，利用辨識(shí)出的函數(shù)估計(jì)動(dòng)力學(xué)參數(shù)及外界干擾；

步驟3：設(shè)計(jì)一種新的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的魯棒自適應(yīng)控制器，并根據(jù)該控制器設(shè)計(jì)了優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)自適應(yīng)律，最后對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析；

所述的基于滑模觀測器的不確定雅各比矩陣自適應(yīng)補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)為：在考慮名義雅各比矩陣的基礎(chǔ)上加入終端滑模函數(shù)估計(jì)函數(shù)設(shè)計(jì)為：其中是x的估計(jì)值，是估計(jì)誤差，k₀₁∈R為正觀測增益，p₁∈R以及q₁∈R為正奇數(shù)，滿足p₁＜q₁，即保證運(yùn)動(dòng)學(xué)估計(jì)誤差x_e能在有限時(shí)間收斂到滑模面，其中有限時(shí)間為T_o，

步驟2中針對(duì)所述的總不確定動(dòng)力學(xué)，根據(jù)機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)方程，在名義動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上將其不確定項(xiàng)和外界擾動(dòng)視為總擾動(dòng)H(q)；所述的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的不確定動(dòng)力學(xué)模型辨識(shí)器的設(shè)計(jì)為：將不確定模型分為兩部分利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)，即：其中為理想的權(quán)值矩陣，δ₁(e₂):R²→R²是逼近誤差；也為理想的權(quán)值矩陣，而δ₂(e₂):R²→R²是逼近誤差；N₁和N₂為隱含層的神經(jīng)元數(shù)目，逼近誤差由未知常數(shù)σ_i限定，即||δ_i(e₂)||₂≤σ_i,i＝1,2；

步驟3中所述基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的魯棒自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)為：設(shè)x_d為工作空間期望軌跡，定義任務(wù)空間跟蹤誤差為e₁＝x_d-x，定義關(guān)節(jié)空間的滑動(dòng)向量為根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)設(shè)計(jì)控制律為：其中K∈R^n×n是一個(gè)對(duì)稱正定矩陣，θ＝(σ₁+σ₂)sgn(e₂)是一個(gè)用于克服神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近誤差δ_i,i＝1,2的魯棒補(bǔ)償器；是用于估計(jì)W_i,i＝1,2的在線學(xué)習(xí)參數(shù)，W_i,i＝1,2是理想化權(quán)矩陣的最大奇異值的平方；所述優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)自適應(yīng)律設(shè)計(jì)為：其中r₁、r₂、k₁和k₂是正的可調(diào)參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械臂自適應(yīng)軌跡跟蹤控制方法，其特征在于：步驟1中所述運(yùn)動(dòng)學(xué)不確定雅各比矩陣模型建立為：根據(jù)機(jī)械臂名義雅各比矩陣，將不確定的雅各比矩陣設(shè)計(jì)為ΔJ(q)；假設(shè)所述不確定的雅各比矩陣是有界的，即||ΔJ(q)||≤b₁，其中b₁∈R是正常數(shù)，代表有界上限。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)械臂自適應(yīng)軌跡跟蹤控制方法，其特征在于：所述滑模面的收斂性證明表述為：選擇李雅普諾夫函數(shù)：證明得到：估計(jì)誤差x_e將收斂到滑動(dòng)面x_e≡0。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)械臂自適應(yīng)軌跡跟蹤控制方法，其特征在于，該控制方法還包括對(duì)控制器的穩(wěn)定性分析證明，選取李雅普諾夫函數(shù)：其中是NNs權(quán)重誤差，證明得到：其中