[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

一種單連桿柔性機械臂跟蹤控制方法，涉及一種機械臂跟蹤控制方法，本發明為一種針對非對稱時變全狀態約束下的單連桿柔性機械臂軌跡跟蹤控制方法，通過直流電動機控制的單連桿柔性機械臂系統的動力學模型，通過選擇合適的狀態以及對未知有界擾動和跟蹤軌線進行合適的約束,在實際控制器的設計中，將反步法應用于自適應模糊實際控制器的設計中，為了防止約束越界，本發明在反步法設計的每一步中同時還引入了新的tan型非對稱時變阻礙李雅普諾夫函數，設計相應的控制律和自適應律，保證無論初始條件如何，實現最終一致有界的跟蹤控制效果，而且不對稱時變約束可以在有限時間之后實現。

技術領域

本發明涉及一種機械臂跟蹤控制方法，特別是涉及一種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。

背景技術

隨著社會生產力的迅速發展，機械臂在各個領域內的應用越來 越廣泛，尤其是航空航天、服務等領域，機械臂的研究越來越受重視．與剛性機械臂相比，單連桿柔性機械臂自重輕、耗能低、靈活度高，具有明顯的優勢，所以單連桿柔性柔性柔性機械臂的研究也成為了一個熱點．

機器人在現代工業自動化生產中越來越多地得到應用，成為了工業生產體系中的重要角色。作為機器人的一種，工業機械臂可以代替人類從事一些裝配、搬運和焊接等重復高強度或高精度要求的工作。和人工相比，工業機械臂擁有更高的工作效率，并且可以在一些危險的環境下進行工作，可以有效提升工廠的生產力水平。

面對越來越復雜的生產工藝，對工業機械臂的控制要求也不斷提升，如何對工業機械臂進行有效控制，一直是熱門研究方向，近年來取得了不少研究成果。在一些需要與人進行交互或高精度的工作任務中，為了確保生產安全和控制精度，需要對機械臂的運動空間、運動速度以及跟蹤誤差進行限制。因此，對機械臂的約束控制進行研究具有重要的實際意義。

但是，單連桿柔性機械臂的自身結構與材料所具有的優點也是其研究困擾所在．在運動過程中，單連桿柔性機械臂自身會產生彈性形變與模糊，這就使得其運動定位 與軌跡跟蹤有一定難度，因此，對單連桿柔性機械臂的運動軌跡實現跟蹤并對其模糊進行抑制有重要意義．此外，在運動控制中常遇到約束問題，比如驅動電動機的額定轉矩、額定轉速、機械限位、運動干涉等，還有一些特定場合中的特殊約束問題，如繩牽引機構在運動中需要考慮 繩子的牽引力約束機械加工中需要通過優化刀具運動軌跡使切 削力滿足約束、視覺伺服系統需要考慮視覺的能見性約束、移動小車在轉彎過程中需要考慮曲率約束、剛性機器人的運動中需要對各個關節的角速度和角度進行約束。

現有技術研究了帶有輸出約束的不確定欠驅動水面船舶的自適應神經網絡軌跡跟蹤控制問題。同時現有技術研究了帶有輸出約束和輸入死區的機械臂系統的自適應神經網絡跟蹤控制。然而，現有技術還不能解決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問題，這些新的技術尚待提出。

發明內容

本發明的目的在于提供一種單連桿柔性機械臂跟蹤控制方法，本發明為一種針對非對稱時變全狀態約束下的單連桿柔性機械臂軌跡跟蹤控制方法，該方法在己有的約束條件下，保證無論初始條件如何，都可實現最終一致有界的跟蹤控制效果。通過直流電動機控制的單連桿柔性機械臂系統的動力學模型，在實際控制器的設計中，將反步法應用于自適應模糊實際控制器的設計中，實現最終一致有界的跟蹤控制效果，解決了有限維模型描述單連桿柔性機械臂系統模型,導致單連桿柔性機械臂系統不穩定的問題。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種單連桿柔性機械臂跟蹤控制方法，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，