[發(fā)明專利]一種基于約束跟蹤的機(jī)械系統(tǒng)追蹤-逃避-達(dá)點(diǎn)控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110090040.X
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN113219823B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王修業(yè);王銀龍;段鵬;孫芹芹;陳雨;陸浣清
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 封睿

本發(fā)明公開了一種基于約束跟蹤的機(jī)械系統(tǒng)追蹤?逃避?達(dá)點(diǎn)控制方法，基于拉格朗日建模方法，建立受控系統(tǒng)動力學(xué)模型；建立追逃約束和到達(dá)約束數(shù)學(xué)模型，分別將兩種約束的控制目標(biāo)轉(zhuǎn)化成伺服約束，確定對應(yīng)的約束矩陣、約束向量和約束跟蹤誤差；基于受控系統(tǒng)動力學(xué)模型，確定綜合描述系統(tǒng)不確定性界值的函數(shù)，結(jié)合約束跟蹤誤差，構(gòu)建自適應(yīng)律；基于約束矩陣、約束向量和伺服約束跟蹤誤差，結(jié)合自適應(yīng)律，構(gòu)建自適應(yīng)魯棒控制器，對受控系統(tǒng)進(jìn)行追蹤?逃避?達(dá)點(diǎn)控制。本發(fā)明能夠從約束跟蹤的角度解決傳統(tǒng)追逃問題，提高了控制精度和控制效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械動力學(xué)以及控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于約束跟蹤的機(jī)械系統(tǒng)追蹤-逃避-達(dá)點(diǎn)控制方法。

背景技術(shù)

目前對于逃避問題，常常被表述成追逃問題，并且經(jīng)常與避撞控制一起提及。而且過去的追逃問題解決方法比較單一，常常被當(dāng)做一個單純的追逐或者逃避問題而被解決，而沒有讓它們同時到達(dá)一個特定的目標(biāo)地點(diǎn)。同時，目前對該類問題的控制方法大多只能選定單一的控制目標(biāo)，一旦控制目標(biāo)改變，就需要對整個控制架構(gòu)進(jìn)行重新架構(gòu)，控制效率和控制靈活性不足。而且由于該系統(tǒng)也具有不確定干擾，因此有必要加入到達(dá)約束，開發(fā)一種針對機(jī)械系統(tǒng)追蹤-逃避-到達(dá)問題的，靈活性更強(qiáng)、精準(zhǔn)度更高、抗時變不確定性干擾的運(yùn)動控制方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于約束跟蹤的機(jī)械系統(tǒng)追蹤-逃避-達(dá)點(diǎn)控制方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為：一種基于約束跟蹤的機(jī)械系統(tǒng)追蹤-逃避-達(dá)點(diǎn)控制方法，包括以下步驟：

步驟1，基于拉格朗日建模方法，建立受控系統(tǒng)動力學(xué)模型；

步驟2，建立追逃約束和到達(dá)約束數(shù)學(xué)模型，分別將兩種約束的控制目標(biāo)轉(zhuǎn)化成伺服約束，確定對應(yīng)的約束矩陣、約束向量和約束跟蹤誤差；

步驟3，基于步驟1的受控系統(tǒng)動力學(xué)模型，確定綜合描述系統(tǒng)不確定性界值的函數(shù)，結(jié)合步驟2構(gòu)建的約束跟蹤誤差，構(gòu)建自適應(yīng)律；

步驟4，基于步驟2構(gòu)建的約束矩陣、約束向量和伺服約束跟蹤誤差，結(jié)合自適應(yīng)律，構(gòu)建自適應(yīng)魯棒控制器，對步驟1的受控系統(tǒng)進(jìn)行追蹤-逃避-達(dá)點(diǎn)控制。

進(jìn)一步的，步驟1中，基于拉格朗日建模方法，建立受控系統(tǒng)動力學(xué)模型，具體方法為：

基于拉格朗日建模方法，建立受控系統(tǒng)動力學(xué)模型：

其中是不確定性，t表示時間，q(t)∈Rⁿ表示坐標(biāo)，其為時間的函數(shù)，對應(yīng)的分別為速度與加速度，后面為了書寫簡便，統(tǒng)一省略t，M(q,σ,t)是慣性矩陣，是科里奧利離心力，g(q,σ,t)是重力，是摩擦力及其他外部的干擾，τ∈R^h是控制輸入力矩；

針對系統(tǒng)的不確定性處理問題，對該模型進(jìn)行分解，把其動力學(xué)模型分解成標(biāo)稱部分和不確定部分：

其中是標(biāo)稱部分，ΔM(·)，ΔC(·)，Δg(·)，ΔF(·)為不確定部分。

進(jìn)一步的，步驟2中，建立追逃約束和到達(dá)約束數(shù)學(xué)模型，分別將兩種約束的控制目標(biāo)轉(zhuǎn)化成伺服約束，確定對應(yīng)的約束矩陣、約束向量和約束跟蹤誤差，具體方法為：

(一)對于追逃約束

定義函數(shù)：

其中：