[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

本發明公開了基于事件觸發的單連桿機械臂系統實際跟蹤的控制方法。該方法通過確定具有旋轉彈性關節的單連桿機械臂系統的數學模型，通過選擇合適的狀態以及對未知有界擾動和跟蹤軌線進行合適的約束將系統轉化為下三角形式；然后給出了高增益觀測器并提出了基于事件觸發機制的控制器；最后通過結合反證法、構造Lyapunov函數的方法驗證系統的有界性以及跟蹤特性，減少了系統的保守性；最后，仿真例子驗證了該方法的有效性。該方法能對非線性機械臂系統進行有效控制，使其能夠跟蹤特定軌線運行且跟蹤誤差保持在預先設定的范圍內，并且可以減少不必要的信息傳輸，節約帶寬資源以及能在一定程度上減少馬達的磨損，更符合實際的需要。

技術領域

本發明屬于控制理論與控制工程領域，涉及基于事件觸發的單連桿機械臂系統實際跟蹤的控制方法，具體涉及一種基于事件觸發的具有有界擾動的單連桿機械臂系統實際跟蹤的控制方法。

背景技術

隨著科學技術不斷向智能化方向發展，機器人應用領域不斷拓展和深化，工業機器人已成為一種高新技術產業，為工業自動化水平發揮了巨大作用。機器人是先進制造技術和自動化裝備的典型代表，是人造機器的“終極”代表，涉及到機械、電子、自動控制、計算機、人工智能、傳感器、通訊與網絡等多個學科和領域，是多種高新技術發展成果的綜合集成，因此它的發展與眾多學科發展密切相關。機械臂作為工業機器人的一種典型代表，能模仿人手和臂的某些動作功能，是一種以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動，以實現生產的機械化和自動化，能在有害環境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。

自適應技術是研究非線性系統的有效方法之一。在日常生活中，所謂自適應是指生物能改變自己的習性以適應新的環境的一種特征。因此，直觀地講，自適應控制器應當是這樣一種控制器，它能修正自己的特性以適應對象和擾動的動態特性的變化。自適應控制的研究對象是具有一定程度不確定性的系統，這里所謂的“不確定性”是指描述被控對象及其環境的數學模型不是完全確定的，其中包含一些未知因素和隨機因素。總之，自適應技術是通過時變的動態增益來解決系統中的“不確定性”，體現了“以動制動”的思想。

所謂實際跟蹤就是希望系統的輸出按照預先設定的形式運行，但由于實際系統不可避免的存在各種干擾，因此系統的輸出不可能復現預先設定的形式，但可以要求系統的輸出與預先設計的形式的誤差在一定可以接受的范圍內。實際跟蹤在實際生活中有很多的應用，例如智能車按照預定的軌線前行以及最常見的無人機按照預定的方式進行編隊變換等，因此研究機械臂系統的實際跟蹤是有必要的。

事件觸發機制是一種新型的控制策略，只有當特定的事件發生時，其控制任務才會被執行，這不同于傳統的周期控制，其控制任務是周期執行的。典型的事件觸發機制的設計核心就是保持系統的穩定性和性能，也就是說只有當系統的穩定性和性能有要求的時候，傳感器才會對系統的狀態或者輸出進行采樣和傳輸并更新控制信號，因此事件觸發控制能在保持系統的穩定性和性能的情況下相應地減少對計算機資源的浪費。因此在實際機械臂系統中為了減少馬達的磨損，設計基于事件觸發機制的控制器方案是有必要的。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提出了基于事件觸發的單連桿機械臂系統實際跟蹤的控制方法，利用自適應技術提出一種基于事件觸發機制的輸出反饋實際跟蹤的控制方法，通過構造事件觸發條件和設計事件觸發控制器，減少浪費機械臂運行時的有限資源以及降低馬達磨損，實現機械臂的實際跟蹤。

基于事件觸發的單連桿機械臂系統實際跟蹤的控制方法，該方法包括以下步驟：

步驟1、建立系統空間狀態模型。

根據牛頓定理以及相關的物理學原理，對單連桿機械臂系統進行分析，建立系統的動態描述方程：