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专利号: 2015103095934
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于扩张状态观测器的机械臂伺服系统全阶滑模控制方法,其特征在于:所述控制方法包括以下步骤:步骤1,建立机械臂伺服系统模型,初始化系统状态及控制参数;

1.1,机械臂伺服系统模型表示成如下形式其中q1,q2是连杆和电机的转角;I是连杆的惯性环节;J是电机的转动惯量;K是弹簧的刚度;u是输入转矩;M和L分别表示连杆的质量和长度;y=q1是系统的输出;

1.2,定义状态变量x1=q1, x3=q2, 则伺服系统方程写成如下状态空间形式

其中,f(x)=[x2 -(MgL/I)sin(x1)-K/I(x1-x3) x4 (K/J)(x1-x3)]T,g(x)=[0 0 0 1/J]T;定义 和 为x1、x2、x3和x4的转化量,经坐标变换后式(2)转化为

其中, 是系统的

输出;

1.3,令 其中b0为b的估计值,定义扩展状态 则式(3)写成以下等效形式

其中,

步骤2,扩张状态观测器设计;

令zi,i=1,2,3,4,5,为系统(4)中状态变量 的观测值,并定义观测误差为则扩张状态观测器的表达式可设计为其中,β1,β2,β3,β4,β5>0为观测器增益,fal(·)为如下形式的幂次函数其中,δ>0,0<αi<1,为小的正常数;sgn(·)为符号函数;假设观测误差满足条件|xi-zi|≤li,其中li>0为很小的正数;

步骤3,无抖振全阶滑模控制器设计,过程如下:

3.1,定义跟踪误差e及其各阶导数为其中yd为参考轨迹;

3.2,设计如下全阶滑模面

其中,λi>0,i=1,2,3,4为控制参数,且选择时要保证p4+λ4p3+λ3p2+λ2p+λ1是赫尔维兹多项式;

3.3,根据式(8),设计全阶滑模控制器为v=-ksgn(s)  (12)其中,T≥0,k=kp+kT+η,η>0,kp>0,kT>0为控制器参数;

3.4,设计李雅普诺夫函数:

对V求导并将式(8)-(12)代入,如果 判定系统是稳定的。