[發(fā)明專利]基于自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)的柔性機(jī)械臂的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210174112.3
• 申請(qǐng)日: 2022-02-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114559429B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉嶼;鄔曉奇;李林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué);廣州現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16;G05B13/04
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 黃衛(wèi)萍

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)的柔性機(jī)械臂的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法，該方法過(guò)程如下：根據(jù)柔性機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)特征構(gòu)建柔性機(jī)械臂系統(tǒng)；基于反步技術(shù)設(shè)計(jì)初始邊界控制方法；設(shè)計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)解決柔性機(jī)械臂系統(tǒng)參數(shù)不確定性和輸入飽和特征；設(shè)計(jì)迭代控制項(xiàng)處理外在干擾；結(jié)合邊界控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)和迭代控制項(xiàng)，得到抑制柔性機(jī)械臂的邊界自適應(yīng)迭代神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法。本發(fā)明能夠有效抑制柔性機(jī)械臂的振動(dòng)，并且在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮到了柔性機(jī)械臂系統(tǒng)參數(shù)不確定性和時(shí)變輸出限制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及振動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)的柔性機(jī)械臂的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法。

背景技術(shù)

憑借重量輕，效率高和能耗低等優(yōu)良特點(diǎn)，柔性材料廣泛被用來(lái)制造機(jī)械臂、海洋立管和航天器等設(shè)備。與傳統(tǒng)的機(jī)械臂相比，柔性機(jī)械臂具有更好的延展性、柔性和更強(qiáng)的韌性，便于在現(xiàn)代工藝應(yīng)用廣泛。在外部擾動(dòng)的作用下，柔性機(jī)械臂會(huì)不斷產(chǎn)生彈性形變，容易造成高頻振動(dòng)并且末端運(yùn)動(dòng)偏差過(guò)大，直接影響到系統(tǒng)穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度。因此，如何有效地抑制柔性機(jī)械臂的彈性形變和振動(dòng)，是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

在現(xiàn)有的研究下，邊界控制方法是一種有效能抑制柔性機(jī)械臂振動(dòng)的控制方法；但在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，很少考慮到柔性機(jī)械臂系統(tǒng)的輸入飽和特性和參數(shù)不確定特性，另外，柔性機(jī)械臂系統(tǒng)的控制輸出限制往往都是時(shí)變的；這些特性在實(shí)際中無(wú)處不在，忽視這些特性，柔性機(jī)械臂容易出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種基于自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)的柔性機(jī)械臂的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)采取如下技術(shù)方案達(dá)到：

一種基于自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)的柔性機(jī)械臂的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法包括以下步驟：

根據(jù)柔性機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)特征，利用哈密頓原理構(gòu)建柔性機(jī)械臂系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型；

基于反步技術(shù)設(shè)計(jì)虛擬控制量，構(gòu)建第一Lyapunov函數(shù)，得到初始邊界控制方法；

基于柔性機(jī)械臂受到外部干擾，構(gòu)建迭代控制項(xiàng)，迭代控制項(xiàng)以隱式形式給出。

基于柔性機(jī)械臂系統(tǒng)的輸入飽和特性和參數(shù)不確定性，提出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)用于解決輸入飽和與參數(shù)不確定性帶來(lái)的影響；

將所述的初始邊界控制方法和迭代控制項(xiàng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)相結(jié)合，包括：往初始邊界控制方法加入迭代控制項(xiàng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)。

進(jìn)一步地，柔性機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)特征包括柔性機(jī)械臂系統(tǒng)的動(dòng)能、勢(shì)能以及非保守力對(duì)柔性機(jī)械臂系統(tǒng)所做的虛功，將動(dòng)能、勢(shì)能、虛功代入哈密頓原理，得到柔性機(jī)械臂系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型為：

其中l(wèi)為柔性機(jī)械臂長(zhǎng)度，ρ為柔性機(jī)械臂密度，s為長(zhǎng)度變量，c為柔性機(jī)械臂阻尼系數(shù)，EI為柔性機(jī)械臂彎曲剛度，T為柔性機(jī)械臂張力，表示柔性機(jī)械臂的偏轉(zhuǎn)值y(s,t)對(duì)時(shí)間t的一次導(dǎo)數(shù)，，表示y(s,t)對(duì)時(shí)間t的二次導(dǎo)數(shù)，w″(s,t)和w””(s,t)分別表示柔性機(jī)械臂的彈性形變值w(s,t)對(duì)s的二次導(dǎo)數(shù)和四次導(dǎo)數(shù)；

邊界條件為：

m為柔性機(jī)械臂系統(tǒng)末端負(fù)載的質(zhì)量，I為柔性機(jī)械臂輪轂慣性值，r為柔性機(jī)械臂輪轂半徑，u1(t)、u2(t)分別為第一、第二控制輸入，d1(t)、d2(t)分別為第一、第二機(jī)械手系統(tǒng)外部擾動(dòng)，為柔性機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)角度的角加速度，w(0,t)為柔性機(jī)械臂在長(zhǎng)度0處的彈性形變值，w(l,t)為柔性機(jī)械臂在長(zhǎng)度為l的彈性形變值，w′(0,t)為w(0,t)對(duì)s的一階偏導(dǎo)，w″(0,t)為w(0,t)對(duì)s的二階偏導(dǎo)，w″′(0,t)為w(0,t)對(duì)s的三階偏導(dǎo)，w′(l,t)為w(l,t)對(duì)t的一階偏導(dǎo)，w″(l,t)為w(l,t)對(duì)t的二階偏導(dǎo)，w″′(l,t)為w(l,t)對(duì)t的三階偏導(dǎo)，為柔性機(jī)械臂在l處的偏轉(zhuǎn)加速度。