[發明專利]一種可重構機械臂子系統的控制方法及系統

在審

• 申請號: 202110654378.3
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113370208A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 董博;朱新野;安天驕;張振國;劉克平;李元春
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 程江濤

本發明涉及一種可重構機械臂子系統的控制方法及系統。所述方法包括：基于可重構機械臂子系統的基礎參數構建動力學模型；根據動力學模型確定動力學模型的狀態空間表達式；基于可重構機械臂子系統的效用函數和控制策略確定動力學模型的代價函數；采用擴張狀態觀測器對狀態空間表達式進行觀測得到動力學模型補償控制力矩表達式；采用神經網絡對交聯耦合項進行補償得到交聯項辨識控制力矩表達式；對代價函數依次采用逼近和求偏導的處理方法得到最優補償控制力矩表達式；并根據三個表達式確定最終控制力矩表達式。本發明可以得到最優控制力矩，保證在未知環境約束的情況下機械臂有較高的跟蹤精度，可以實現軌跡以及力的精確控制。

技術領域

本發明涉及可重構機械臂領域，特別是涉及一種可重構機械臂子系統的控制方法及系統。

背景技術

可重構機械臂能夠按照任務需求的不同將本身的構形進行二次組合或配置，呈現出大多數機械臂缺少的性質。“模塊化”和“可重構”是對于可重構機械臂設計的兩大基本要求，其主要思想是將一個復雜的機械臂系統劃分成若干個可維護性和便捷性較高的子系統，進而使機械臂系統的開發和設計時間有效縮短。可重構機械臂系統在執行力/位置作業的場合下無法避免的要在未知環境約束條件下進行工作，同時要對系統的節能性、精準性、魯棒性及穩定性等進行綜合考量，所以，如果環境信息無法確定，那么選取的控制策略是否合適是非常重要的。

在現代控制理論中，最主要的就是最優控制，其主要核心思想就是：要選取最優控制策略讓系統中的性能指標達到理想化狀態。就可重構機械臂子系統而言，現有方法采用無模型自適應控制方法求取控制策略，確保了可重構機械臂子系統的穩定性，但是因為可重構機械臂子系統過于復雜，且其內在規律難以了解，導致通過無模型自適應控制方法得到的控制策略并不是最優的。

發明內容

本發明的目的是提供一種可重構機械臂子系統的控制方法及系統，可以得到最優控制力矩，保證在未知環境約束的情況下機械臂有較高的跟蹤精度，可以實現軌跡以及力的精確控制。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種可重構機械臂子系統的控制方法，包括：

基于可重構機械臂子系統的基礎參數構建動力學模型；所述基礎參數包括加速度、速度、交聯耦合項、模型工作環境、控制力矩和接觸力矩；

根據所述動力學模型確定所述動力學模型的狀態空間表達式；

基于所述可重構機械臂子系統的效用函數和控制策略確定所述動力學模型的代價函數；所述效用函數為根據所述位置和所述控制力矩建立的；

采用擴張狀態觀測器對所述狀態空間表達式進行觀測得到動力學模型補償控制力矩表達式；

采用神經網絡對所述交聯耦合項進行補償得到交聯項辨識控制力矩表達式；

對所述代價函數依次采用逼近和求偏導的處理方法得到最優補償控制力矩表達式；

根據所述動力學模型補償控制力矩表達式、所述交聯項辨識控制力矩表達式和所述最優補償控制力矩表達式確定最終控制力矩表達式，并根據所述最終控制表達式對所述可重構機械臂子系統進行控制。

可選的，所述采用擴張狀態觀測器對所述狀態空間表達式進行觀測得到動力學模型補償控制力矩表達式，具體包括：

基于擴張狀態觀測器的構建方法，對所述狀態空間表達式進行處理得到處理后的狀態空間表達式；

根據所述處理后的狀態空間表達式構造第一擴張狀態觀測模型；

根據所述處理后的狀態空間表達式和所述第一擴張狀態觀測模型確定觀測誤差的動力學方程；