[發明專利]基于事件觸發的單連桿機械臂系統實際跟蹤的控制方法

有效

• 申請號: 202110454780.7
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113110059B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 鞠昕旭;賈祥磊;邵一鳴
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 楊舟濤

1.基于事件觸發的單連桿機械臂系統實際跟蹤的控制方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

步驟1、建立系統空間狀態模型；

對單連桿機械臂系統進行分析，建立系統的動態描述方程：

其中，q₁、q₂分別表示t時刻連桿位移、電機轉子位移，·、¨分別表示一次求導與兩次求導，J_l、J_m分別表示連桿慣性、電機轉子慣性，k₀代表彈性常數，g代表重力常數，m代表連接質量，l₀代表質心，F_l、F_m分別表示連桿、電子轉子的粘性摩擦系數，控制u代表馬達傳遞的扭矩，u^*為未知有界干擾；

設置控制目標為：在只有連桿位移q₁可測的情況下，使q₁跟蹤參照信號y_r，最大允許誤差為λ，連桿跟蹤參照信號y_r滿足定義狀態η₁＝q₁，η₂＝q₂，和將系統的動態模型轉換為空間狀態表達：

其中，是一個已知的常數，y是系統的輸出信號；

定義x₅＝u^*，和將系統的空間狀態表達轉換為下三角結構的形式：

步驟2、設計觀測器；

設計如公式(4)所示高增益觀測器：

其中是公式(3)中狀態x＝[x₁,x₂,x₃,x₄,x₅]^T的估計值，a₁、a₂、a₃、a₄、a₅均大于0，是赫爾維茨多項式p(s)＝s⁵+a₁s⁴+a₂s³+a₃s²+a₄s+a₅的系數，L為自適應增益，τ為大于0的常數；

步驟3、設計基于事件觸發的輸出反饋控制器；

基于經典控制方法，引入動態增益，并補償系統中的擾動項，得到控制器：

其中k₁、k₂、k₃、k₄均大于0，是赫爾維茨多項式p(s)＝s⁴+k₁s³+k₂s²+k₃s+k₄的系數；

設計事件觸發決策機制：

其中t_k代表上一控制轉換時刻，t_k+1代表即將要控制轉換的時刻，γ0是可設計的參數，代表控制器觸發閾值，當滿足事件觸發決策才傳輸控制信號，否則一直沿用t_k時刻的控制信號；

得到基于事件觸發的控制器：

2.如權利要求1所述基于事件觸發的單連桿機械臂系統實際跟蹤的控制方法，其特征在于：u^*為傳感器造成的未知有界干擾。

3.如權利要求1或2所述基于事件觸發的單連桿機械臂系統實際跟蹤的控制方法，其特征在于：u^*≤c，c為大于0的常數。

4.如權利要求1所述基于事件觸發的單連桿機械臂系統實際跟蹤的控制方法，其特征在于：高增益觀測器中的自適應增益L用于補償系統不確定信息和擾動帶來的影響以及使得跟蹤誤差保持在預先設定的范圍內。

5.如權利要求1所述基于事件觸發的單連桿機械臂系統實際跟蹤的控制方法，其特征在于：設置兩組赫爾維茨多項式系數分別為a₁＝2，a₂＝10，a₃＝6，a₄＝10.2，a₅＝1以及k₁＝5，k₂＝5，k₃＝6，k₄＝5。