[發明專利]一種基于改進型趨近律的機械臂滑模控制軌跡跟蹤方法

有效

• 申請號: 202110081230.5
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112904728B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: 王樹波;趙凱旋
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 賈景然

本發明屬于機械臂軌跡跟蹤技術領域，具體涉及一種基于改進型趨近律的機械臂滑模控制軌跡跟蹤方法，包括以下步驟：建立n關節機械臂的動力學模型，初始化系統狀態、采樣時間和系統參數；設計滑模函數和改進型趨近律；基于二關節串聯機械臂動力學模型，設計基于改進型趨近律的滑模魯棒項，選擇RBF神經網絡逼近系統的干擾力矩和模型參數不確定，設計自適應控制器，更新RBF神經網絡的網絡權值，設計控制律，完成機械臂軌跡跟蹤；改進型趨近律加速系統收斂，有效控制系統抖振，同時保證系統的魯棒性；利用RBF神經網絡用來處理系統的干擾力矩和模型參數不確定；該方法能夠加速系統收斂，有效控制抖振，同時保證系統魯棒性。

技術領域：

本發明屬于機械臂軌跡跟蹤技術領域，具體涉及一種基于改進型趨近律的機械臂滑模控制軌跡跟蹤方法。

背景技術：

隨著控制理論與控制技術的不斷發展，機械臂被廣泛的應用于工業生產之中。但是由于機械臂是一個復雜的多輸入多輸出的非線性復雜系統，同時由于機械臂本身的結構參數相對復雜難以測量導致難以建立機械臂的精確的動力學模型。現在的工業生產對于機械臂的軌跡追蹤精度提出了更高的要求。因此機械臂的運動控制精度問題成為亟待解決的問題，并由此出現了多種控制方法。例如中國專利CN201410271442.X公開了一種用于空間機械臂連續軌跡跟蹤的方法，包括以下步驟：首先，用逆廣義雅克比法控制機械臂末端器跟蹤一條已知的軌跡，但是由于該方法結果的精確度與數值積分步長成反比，所以需要更大的計算量來得到更精確的解，為固定步長提高計算精度，將Milne-Hamming線性多步預測校正方法與所述方法相結合，然后，利用龍格-庫塔法計算Milne-Hamming算法步驟五之前的前四個值，應用該連續軌跡跟蹤方法可更精確地完成空間機械臂任務空間內連續軌跡的跟蹤；中國專利CN201810422706.5公開了一種全狀態約束機械臂軌跡跟蹤的協同控制方法，將基于ABLF反推控制和基于Hamilton能量理論控制相結合，構建協同控制器：建立n個關節約束的機械臂系統動力學方程，對之進行坐標變換，得到該系統狀態空間方程；設計基于ABLF的反推控制器，以提升系統初始響應速度，同時避免約束被破壞；設計基于Hamilton能量理論的控制器，以提高系統響應后期的跟蹤穩定性；設計協同控制器，實現對全狀態約束機械臂系統快速穩定控制。

由于滑模控制具有簡單的結構，能夠有效的克服系統存在的不確定性，對于外界干擾和系統為建模動態具有強魯棒性，能夠良好的可控制非線性系統，因此被廣泛的應用于機器人的控制系統設計。例如中國專利CN201711468258.4公開了一種柔性關節機械臂系統的分數階滑模控制方法，針對機械臂關節柔性的整數階滑模動力學控制中存在的抖振和軌跡跟蹤控制的問題，結合滑模變結構控制的優點，引入分數階微積分理論，并利用分數階微分算子的快速收斂性、信息記憶性和遺傳性，從而提出一種新型的具有強魯棒性、抗干擾性和削弱抖振效果更好的分數階滑模變結構控制器，可使機械臂的關節柔性動力學控制系統具有更好的連續性、快速性、魯棒性和良好的抗干擾性，最終，實現分數階滑模變結構控制方法的設計。

現有技術還存在一些問題，如二關節串聯機械臂滑模控制中存在的抖振和系統收斂慢的問題。

發明內容：

為了克服現有技術的上述缺點，本發明提出一種基于改進型趨近律的機械臂滑模控制軌跡跟蹤方法，通過多種趨近律的有效結合，加快系統收斂速度同時對抖振進行有效控制。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

一種基于改進型趨近律的機械臂滑模控制軌跡跟蹤方法，包括以下步驟：

S1、建立n關節機械臂的動力學模型，初始化系統狀態、采樣時間和系統參數，過程如下：