[發明專利]一種單連桿柔性機械臂跟蹤控制方法

在審

• 申請號: 202210277091.8
• 申請日: 2022-03-21
• 公開（公告）號: CN114859708A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 楊忠君;董楚妍
• 申請（專利權）人: 沈陽化工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 沈陽技聯專利代理有限公司 21205
• 代理人: 張志剛

1.一種單連桿柔性機械臂跟蹤控制方法，其特征在于，所述方法建立直流電動機控制的單連桿柔性機械臂系統的動力學模型；根據實際的要求所述的針對帶有輸出非對稱時變約束的單連桿柔性機械臂的跟蹤控制方法，包括以下步驟：

步驟一：

建立單連桿柔性機械臂系統的動力學模型，包括單連桿柔性機械臂系統的控制方程及單連桿柔性機械臂末端角位移的運動方程；

其中，

是電機轉子慣性，是連桿質量，是負載質量，是連桿長度，是負載半徑，是重力加速度，是粘滯摩擦系數；代表電機角位移(同時也是機械臂關節角度），代表電機電樞電流，是轉矩系數，是電樞電感，是電樞電阻，是反電動勢系數，代表輸人控制電壓；

步驟二:

將建立的動力學模型轉化成狀態方程；通過設置以及適當的機電參數，把系數等效為如下形式：

其中，和是未知函數，已知，外界擾動信號滿足且是常數；

步驟三：將實際控制器應用于單連桿柔性機械臂的控制，設計非對稱時變約束區間，對單連桿柔性機械臂的轉角、轉動速度和轉矩進行約束控制；

步驟四：依據動力學模型,確定帶有輸出約束的實際控制器,對帶有輸出約束的單連桿柔性機械臂的模糊進行抑制的同時，控制單連桿柔性機械臂轉動到期望角位置之后，通過李雅普諾夫直接法對實際控制器進行穩定性分析；

步驟五：通過李雅普諾夫直接法對所述實際控制器進行穩定性分析之后,并通過仿真驗證實際控制器的可行性及有效性。

2.根據權利要求1所述的一種單連桿柔性機械臂跟蹤控制方法，其特征在于，所述步驟三約束控制的控制目標為：

（1）閉環系統中全部信號都是有界的；

（2）系統空間狀態，不違反預設的約束條件；

（3）系統跟蹤誤差能保持在指定區間

內；

（4）在只有連桿位移可測的情況下，使跟蹤參照信號，最大允許誤差為，連桿跟蹤參照信號。

3.根據權利要求1所述的一種單連桿柔性機械臂跟蹤控制方法，其特征在于，所述針對帶有輸出非對稱時變約束的單連桿柔性機械臂的跟蹤控制方法,實際控制器表示為：

虛擬控制器為：

自適應率：

。

4.根據權利要求1所述的一種單連桿柔性機械臂跟蹤控制方法，其特征在于，所述帶有輸出非對稱時變約束的單連桿柔性機械臂的跟蹤控制方法，該方法通過李雅普諾夫直接法對實際控制器進行穩定性分析，包括構造針對單連桿柔性機械臂的閉環系統的李雅普諾夫候選函數若李雅普諾夫候選函數是正定的,且李雅普諾夫候選函數對時間的導數半負定,則判定實際控制器能使單連桿柔性機械臂的閉環系統漸進穩定。