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专利号: 2015103115529
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:

1.一种机械臂伺服系统神经网络全阶滑模控制方法,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的动态模型,初始化系统状态、采样时间以及控制参数,过程如下:

1.1机械臂伺服系统的动态模型表达形式为:其中,q, 和 分别为机械臂关节的位置,速度和加速度,M(q), 以及D分别表示每个关节的对称正定惯性矩阵,离心科里奥利矩阵以及阻尼摩擦系数的对角正定矩阵;

G(q)代表重力项;τ代表了关节的转矩输入矢量;

1.2当考虑动态执行机构时,将式(1)重新表示为:其中, 是一

个电枢电压输入的矢量; 代表电磁转矩矢量,其中,Jm和Dm分别表示惯性对角矩阵和扭转阻尼系数;Kτ=diag(Kτ1,Kτ2,...,Kτn)则是对角矩阵的转矩常数;qm代表的是电机角位置矢量;τL代表的是电机负载转矩的矢量; 表示n关节变速器齿轮的对角矩阵;

1.3由于存在测量噪声,负荷变化以及外部干扰的影响,式(2)中的系统参数并不能精确的获得;那么,又将实际的系统参数改写为:其中,估计值 以及 代表已知部分;ΔMH(q),ΔDH以及ΔGH(q)代表系统未知项;

步骤2,基于带有未知参数的机械臂伺服系统,设计所需的神经网络,过程如下:*

定义θ为理想权重系数矩阵,那么非线性不确定函数f被逼近为:*T

f=θ φ(x)+ε (4)T

其中, 代表输入矢量;φ(x)=[φ1(x),φ2(x),…φm(x)]是神经网络的基函数;ε代表神经网络的逼近误差且满足||ε||≤εN,εN则是一个正的常数;φi(x)被取为以下高斯函数:其中,ci代表高斯函数的核参数;σi则表示了高斯函数的宽度;

步骤3,计算控制系统跟踪误差,设计全阶滑模面,过程如下:

3.1定义系统跟踪误差为:

e=qd-q (6)其中,qd为二阶可导期望轨迹;那么式(6)的一阶微分和二阶微分被表示为如下形式:

3.2那么全阶滑模面将定义为:

2

其中,c1和c2是一个正的常数,它的选择是保证多项式p +c2p+c的全部特征根在复平面的左半部分以保证系统稳定;α1和α2的选取则是通过以下多项式:其中,αn+1=1,αn=α,α∈(1-ε,1)以及ε∈(0,1);

步骤4,基于含有动态执行机构的机械臂系统,根据全阶滑模以及神经网络理论,设计神经网络全阶滑模控制器,过程如下:

4.1考虑式(2),神经网络全阶滑模控制器被设计为:v=-(kd+kT+η)sgn(s) (14)其中,ci和αi是常数,i=1,2,已在式(9)中被定义;kd,kT和η都是常数;

4.2设计神经网络权重系数矩阵的调节规律:其中,Γ是一个正定的对角矩阵;

4.3将式(11)带入式(2)中得到如下等式:其中, 代表神经网络的权重估计误差; 代表系统扰动项,并且是有界的,那么假定d(q,t)≤ld并且 其中ld是一个有界的常数;KT的选取是在K>0时满足kT≥Tld;

4.4通过式(2),式(9),式(11)-(14)以及式(16),全阶滑模面被写成如下等式:s=d(q,t)+un (17)

4.5将式(14)带入式(13)中得到:在un(0)=0的情况下,得到如下等式:kT≥Tld≥T|un(t)|max≥T|un(t)| (19)

4.6设计李雅普诺夫函数:

对式(9)进行求导得:

将式(13)带入式(21)中得到:对式(20)进行微分得到:

将式(19)带入式(23)中,如果 则判定系统是稳定的。