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专利号: 2019101173937
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:

1.一种电驱动机械臂伺服系统的时变约束反演控制方法,包括以下步骤:(1)建立机械臂伺服系统模型,通过初始化系统状态及控制参数得到机械臂伺服系统的状态空间模型;

(2)设计误差向量和改进的边界李雅普诺夫函数,并根据改进的边界李雅普诺夫函数设计反演控制器;所述改进的边界李雅普诺夫函数在系统误差变大并接近边界时,会导致控制信号增大,增强控制效果,并使误差减小,最终保持在边界允许的范围内;所述改进的边界李雅普诺夫函数引入了自然常数e;所述误差向量包括关节位置向量误差和关节速度向量误差;

在步骤(2)中,所述的电驱动机械臂伺服系统的误差向量为:所述误差向量的一阶导数向量为如下形式:其中,xd为给定的参考角位置跟踪信号向量;α1,α2为虚拟控制律向量,系统的关节位置向量误差和关节速度向量误差z1,z2受到非对称的时变约束,z3是反步法的第三个误差变量,是系统状态x3和虚拟控制律α2之间的误差。

2.根据权利要求1所述的电驱动机械臂伺服系统的时变约束反演控制方法,其特征在于,在步骤(1)中,所述电驱动机械臂伺服系统模型拥有两个关节,所述电驱动机械臂伺服系统模型表示成如下形式:

其中,q,和 分别是电驱动机械臂关节的角位置向量,角速度向量和角加速度向量;M是电驱动机械臂关节的对称正定惯性矩阵;C是电驱动机械臂关节的离心力科里奥利矩阵;

G是电驱动机械臂关节的重力矩阵;τ是电机输出给电驱动机械臂关节的转矩向量;i是电机电流向量;KT是由电机的机电参数所决定的电流和转矩之间转换系数,为大于0的一个正常数;u是输入电压向量;L和R分别是电机的电阻值矩阵和电感值矩阵;Ke是电机的反电动势的反馈系数,为大于0的一个正常数;

其中,

c=m2l1l2 sin(q2)q1, 和 分别是电驱动机械臂关节1的角位置,角速度和角加速度;q2, 和 分别是电驱动机械臂关节2的角位置,角速度和角加速度;l1,l2分别是电驱动机械臂连杆1与电驱动机械臂连杆2的长度;m1,m2分别是电驱动机械臂连杆1与电驱动机械臂连杆2的质量;g为重力加速度;J1,J2分别是电驱动机械臂关节1与电驱动机械臂关节2的转动惯量。

3.根据权利要求1所述的电驱动机械臂伺服系统的时变约束反演控制方法,其特征在于,在步骤(1)中,所述初始化系统状态及控制参数为:定义状态变量x1=q, x3=i,系统输出为y=x1;

将电驱动机械臂伺服系统的状态空间形式表示如下:

4.根据权利要求2所述的电驱动机械臂伺服系统的时变约束反演控制方法,其特征在于,在步骤(2)中,所述虚拟控制律向量为如下形式:所述输入电压向量为如下形式:

其中,K1,K21,K22,K3为控制器增益常数; β1为正的常数; 是电驱动机械臂各关节的参考角速度跟踪信号;z1j是电驱动机械臂各关节的角位置误差;

β2为正的常数;ka1j为各关节位置误差的约束上界,kb1j为各关节位置误差的约束下界,且在初始时刻有‑kb1j

5.根据权利要求1所述的电驱动机械臂伺服系统的时变约束反演控制方法,其特征在于,在步骤(2)中,所述改进的边界李雅普诺夫函数V为:V=V1+V2+V3                        (8)其中,

e为自然常数。