[發明專利]一種基于擴展卡爾曼濾波器的雙邊遙操作控制方法在審
| 申請號： | 202011213720.8 | 申請日： | 2020-11-04 |
| 公開（公告）號： | CN112269317A | 公開（公告）日： | 2021-01-26 |
| 發明（設計）人： | 趙苓;王明昊;楊洪玖;袁源 | 申請（專利權）人： | 天津大學 |
| 主分類號： | G05B13/04 | 分類號： | G05B13/04 |
| 代理公司： | 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201 | 代理人： | 程毓英 |
| 地址： | 300072*** | 國省代碼： | 天津;12 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 基于 擴展 卡爾 濾波器 雙邊 操作 控制 方法 | ||
1.一種基于擴展卡爾曼濾波器的雙邊遙操作控制方法，包括如下步驟：
步驟一：考慮系統不確定性和噪聲信息，基于拉格朗日方程，建立雙邊遙操作系統模型；
步驟二：在步驟一的基礎上，針對雙邊遙操作模型中存在的不確定擾動，設計干擾觀測器；
步驟三：在步驟二的基礎上，將干擾觀測器的輸出作為雙邊遙操作系統狀態變量的一部分，得到系統擴張狀態方程；
步驟四：在步驟三的基礎上，設計擴展卡爾曼濾波器去除過程噪聲和測量噪聲，得到系統狀態和擾動的準確估計；
步驟五：在步驟四的基礎上，設計自適應二階滑模有限時間控制器，來抵消不確定性擾動對系統的影響以及消除系統抖震，使從端機器人能夠快速準確跟蹤主端機器人。
在步驟一中，考慮系統不確定性干擾因素和噪聲信息，根據拉格朗日方程，建立雙邊遙操作系統模型為：
其中，下標m和s分別表示雙邊遙操作系統的主端機器人和從端機器人，讓i＝m,s,qi(t)∈Rn表示關節角位移矩陣，表示關節角速度矩陣,表示關節角加速度矩陣，為正定對稱慣性矩陣，為哥氏力和離心力矩陣，gi(qi(t))∈Rn表示重力矩陣,Ni(t)∈Rn為系統不確定性擾動，τi(t)∈Rn為主從端機器人控制器提供的輸入力矩，Fm(t)∈Rn和Fs(t)∈Rn分別為人為操作力轉矩和環境力轉矩，ωi(t)為過程噪聲；
考慮到雙邊遙操作系統模型中包含動態不確定性結構參數，存在
其中Mi(qi(t))和Ci(qi(t))表示標稱動態部分，ΔMi(qi(t))和ΔCi(qi(t))表示動態不確定性部分，把系統不確定性結構參數和不確定性擾動作為系統總集擾動，用Di(t)表示
因此，雙邊遙操作系統模型重寫為
系統測量方程為
ym(t)＝qm(t)+ηm(t)
ys(t)＝qs(t)+ηs(t)
其中yi(t)為系統測量輸出,ηi(t)為測量噪聲；
在步驟二中，設計干擾觀測器來估計未知系統總集擾動Di(t)，該干擾觀測器不需要測量加速度
其中是干擾觀測器增益矩陣，C∈Rn是一個常數可逆矩陣，是Di(t)的估計值，Di(t)通過如下系統得到
2.根據權利要求1所述的基于擴展卡爾曼濾波器的雙邊遙操作控制方法，其特征在于，在步驟三中，定義雙邊遙操作系統狀態方程為
將以下變量引入為
為了消除噪聲干擾，提出基于干擾觀測的擴展卡爾曼濾波器，同時將干擾觀測器的輸出作為新的系統狀態變量，因此，系統擴張狀態方程為
其中變量F(t)和G(t)表示如下
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