[發(fā)明專利]基于自適應(yīng)魯棒的水下多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂非線性控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110648342.4
• 申請(qǐng)日: 2021-06-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113219841B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳正;周時(shí)釗;夏楊修;沈翀;龐豐葉;朱世強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于自適應(yīng)魯棒的水下多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂非線性控制方法。方法包括：建立水下多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)模型；建立水下多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的自適應(yīng)魯棒控制律，構(gòu)成水下多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的自適應(yīng)魯棒控制器；將傳感器測(cè)量獲得的跟蹤誤差值實(shí)時(shí)反饋至自適應(yīng)魯棒控制器中，自適應(yīng)魯棒控制器實(shí)現(xiàn)自身參數(shù)地自適應(yīng)迭代更新，自適應(yīng)魯棒控制器對(duì)水下多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，形成完整的水下多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)魯棒控制器對(duì)水下多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的有效控制。本發(fā)明減小機(jī)械臂末端跟蹤誤差，提升控制性能；能夠克服控制過(guò)程中模型不確定性所帶來(lái)的影響，提升水下多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂末端控制精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水下多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的一種機(jī)械臂非線性控制方法，具體涉及了一種基于自適應(yīng)魯棒的水下多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂非線性控制方法。

背景技術(shù)

隨著對(duì)海洋開(kāi)發(fā)、利用和研究的不斷深入，水下作業(yè)環(huán)境的條件越來(lái)越惡劣，不適合人類直接介入。另一方面，水下作業(yè)任務(wù)的復(fù)雜性不斷加大，其對(duì)作業(yè)精確性的要求也不斷提高，在這種情況下，借助水下機(jī)器人輔助完成水下作業(yè)任務(wù)是一種可行方案。水下多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂是水下機(jī)器人的重要組成部分，也是完成復(fù)雜水下作業(yè)任務(wù)的必要組成部分。目前已有例如管線跟蹤、海纜埋設(shè)、海洋資源考察、海底石油平臺(tái)檢測(cè)、水下打撈和救援潛救生等多方面的應(yīng)用。然而，現(xiàn)有的水下液壓機(jī)械臂控制器大都沒(méi)有充分地考慮系統(tǒng)非線性、模型不確定和多輸入多輸出的高階模型特性，此外，水下液壓機(jī)械臂作業(yè)過(guò)程中常常受到海浪、海流等外干擾的綜合影響。因此現(xiàn)有的控制器難以保證良好的水下多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂末端控制精度，從而影響水下作業(yè)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有水下多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂控制技術(shù)的不足，提出了一種基于自適應(yīng)魯棒的水下多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂非線性控制方法，降低水下液壓機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的模型不確定性(建模誤差和參數(shù)不確定性)和不確定非線性(機(jī)械摩擦、液壓油阻和浪流影響)對(duì)機(jī)械臂末端控制精度的影響，在保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)，減小機(jī)械臂末端跟蹤誤差，提升控制性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具體技術(shù)方案如下：

本發(fā)明包括以下步驟：

1)建立水下多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)模型；

2)基于水下多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)模型，建立水下多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的自適應(yīng)魯棒控制律；主要由系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)模型和自適應(yīng)魯棒控制律相連構(gòu)成水下多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的自適應(yīng)魯棒控制器；

3)將傳感器測(cè)量獲得的跟蹤誤差值實(shí)時(shí)反饋至自適應(yīng)魯棒控制器中，自適應(yīng)魯棒控制器實(shí)現(xiàn)自身參數(shù)地自適應(yīng)迭代更新，自適應(yīng)魯棒控制器對(duì)水下多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，形成完整的水下多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)魯棒控制器對(duì)水下多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的有效控制。

所述步驟1)具體為：

建立水下多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)模型，水下多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)模型主要由關(guān)節(jié)角與液壓缸推桿動(dòng)力學(xué)關(guān)系、連桿機(jī)械臂非線性動(dòng)力學(xué)模型、液壓系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)模型以及腔室流量與液壓閥閥芯位移的動(dòng)力學(xué)關(guān)系構(gòu)成；

1.1)建立關(guān)節(jié)角與液壓缸推桿動(dòng)力學(xué)關(guān)系，具體為：