[發明專利]一種柔性關節機械臂的自適應反演控制方法

有效

• 申請號: 202110505741.5
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113183154B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 南余榮;趙士超;陳強
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

1.一種柔性關節機械臂的自適應反演控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

S100建立柔性關節機械臂系統模型，初始化系統狀態及控制參數；

柔性關節機械臂系統模型表示為如下形式：

其中，M，g，L分別為機械臂質量、重力加速度和機械臂長度，q和θ分別為機械臂連桿角度和電機角度，和分別為機械臂連桿角加速度和電機角加速度；I和J分別為連桿慣量和電機慣量，K為彈性系數，u為控制力矩，d₁和d₂為有界干擾信號和模型不確定部分，d₁和d₂表示為：

所述初始化系統狀態參數為：定義狀態變量x₁＝q，x₃＝θ，系統輸出為y＝x₁；則將柔性關節機械臂系統模型改寫為以下形式：

假設d_i及其導數有界，i＝1、2；

其中，和分別是機械臂連桿角速度和電機角速度；

S200設計濾波變量，所述濾波變量結合系統模型設計未知動態觀測器；所述未知動態觀測器在有限時間內能收斂到平衡點領域附近；

所述的濾波變量為：令a＝x₁-x₃，b＝sin(x₁)；定義x_2l、x_4l、a_l、b_l和u_l為x₂、x₄、a、b和u的濾波變量，分別滿足：

根據公式(3)和公式(4)，對任意正定常數k，則不變流形即

根據公式(3)和公式(5)，對任意正定常數k，則不變流形即

不變流形β_i＝0，i＝1、2時，系統消除贅余成分；

當k→0時，成立，設計如下未知動態觀測器：

其中，t為時間，和分別為d₁和d₂的估計值；

S300設計跟蹤誤差及虛擬控制律，根據跟蹤誤差及虛擬控制律設計反演控制器及跟蹤微分器；在虛擬控制律和反演控制器的作用下，柔性關節機械臂系統能夠達到一致最終有界且跟蹤誤差能被約束在邊界內。

2.根據權利要求1所述的柔性關節機械臂的自適應反演控制方法，其特征在于，在步驟S300中，設計反演控制器具體過程如下：

S300-1定義虛擬控制率，根據虛擬控制率、公式(3)及期望軌跡定義跟蹤誤差；

S300-2定義跟蹤參數，根據跟蹤參數及虛擬控制率計算得出跟蹤微分器；

S300-3根據跟蹤誤差及跟蹤微分器計算得出反演控制器。

3.根據權利要求2所述的柔性關節機械臂的自適應反演控制方法，其特征在于：所述步驟S300-1還包括根據跟蹤誤差構造李雅普諾夫函數，所述李雅普諾夫函數用于證明系統的穩定性。

4.根據權利要求2所述的柔性關節機械臂的自適應反演控制方法，其特征在于，所述步驟S300-2中的跟蹤微分器為：

其中，r₃表示跟蹤參數，為跟蹤微分器輸出。

5.根據權利要求2所述的柔性關節機械臂的自適應反演控制方法，其特征在于，所述步驟S300-3中的反演控制器為：

其中，k₄為大于零的常數，e₃、e₄為跟蹤誤差，為d₂的估計值，為虛擬控制律的估計值。