[發明專利]改進型滑模控制方法及相關裝置

在審

• 申請號: 202210164696.6
• 申請日: 2022-02-23
• 公開（公告）號: CN114578692A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 孫辰晨;黃章敏;牛建偉
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學杭州創新研究院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 張欣欣

1.一種改進型滑模控制方法，其特征在于，應用于多關節機器人，所述方法包括：

獲取所述多關節機器人的運動信息；

計算所述運動信息與參考運動信息之間的運動誤差；

將所述運動誤差輸入運動控制器，獲得運動控制信息，其中，所述運動控制器基于預設滑模流形以及所述多關節機器人的動力學模型構建，所述預設滑模流形的起始狀態為0；

根據所述運動控制信息，控制所述多關節機器人。

2.根據權利要求1所述的改進型滑模控制方法，其特征在于，所述方法還包括：

獲取所述動力學模型以及所述預設滑模流形；

根據所述動力學模型以及所述預設滑模流形，構建基于自適應超螺旋算法的所述運動控制器。

3.根據權利要求2所述的改進型滑模控制方法，其特征在于，所述運動控制器的表達式為：

式中，τ表示關節的控制力矩，θ,依次表示關節角度、角速度以及角加速度，表示科氏力以及向心力中的標稱部分；表示重力中的標稱部分；表示慣性矩陣中的標稱部分；表示參考角加速度；k₁、k₂、α、β分別表示正定對角矩陣形式的控制系數，sign()表示符號函數，s表示所述預設滑模流形，e表示關節角度的軌跡跟蹤誤差，表示e的一次微分，表示預設輔助函數Φ的一次微分，所述預設輔助函數Φ連續可微，表示所述自適應超螺旋算法第一增益矩陣η₁的估計值，表示所述自適應超螺旋算法第二增益矩陣η₂的估計值，t表示所述多關節機器人的運動時間。

4.根據權利要求3所述的改進型滑模控制方法，其特征在于，所述預設滑模流形s的表達式為：

其中，所述控制系數β的表達式為：

其中，所述預設輔助函數Φ(t)的表達式為：

式中，i表示關節編號，t_n表示第一時間常數，ξ+1表示所述控制系數β的終值，表示e的二次微分。

5.根據權利要求1所述的改進型滑模控制方法，其特征在于，所述方法還包括：

獲取所述動力學模型以及所述預設滑模流形，其中，所述預設滑模流形為具有有限時間收斂特性的二階非奇異終端滑模流形；

根據所述動力學模型以及所述預設滑模流形，構建所述運動控制器，其中，所述運動控制器的自適應率跟隨所述動力學模型的參數攝動以及外界擾動補償所述運動控制器的切換增益參數。

6.根據權利要求5所述的改進型滑模控制方法，其特征在于，所述運動控制器的表達式為：

其中，表示等效控制律的一次微分，的表達式為：

表示函數Ψ(x)的一次微分，函數Ψ(x)的表達式為：

表示切換控制律的一次微分，的表達式為:

式中，ρ表示關節的控制力矩，e表示關節角的軌跡跟蹤誤差，θ,依次表示關節角度、角速度以及角加速度，表示關節慣性矩陣中的標稱部分，表示科氏力以及向心力中的標稱部分，表示的一次微分；表示重力中的標稱部分，表示的一次微分；q₁、q₂、r₁、r₂分別表示正定對角矩陣形式的控制系數，σ表示所述預設滑模流形，表示參考角加速度，表示所述參考角加速度的微分，H表示連續可微的輔助函數，表示H一次微分，表示H的二次微分，sign()表示符號函數，x表示PID型滑模流形，c₁表示正定矩陣形式的第三增益矩陣，表示正定矩陣形式的第四增益矩陣c₂的估計值，所述自適應率為的一次微分，t表示所述多關節機器人的運動時間；0＜a₁＜1,a₂＞1，ε表示距離切換面x＝0預設范圍內的臨近區域。