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专利号: 2020110707813
申请人: 电子科技大学中山学院
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:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种机械臂自适应轨迹跟踪控制方法,其特征在于该控制方法基于滑模观测器与神经网络辨识器建立,具体步骤包括:步骤1:针对不确定的运动学部分,建立运动学不确定雅各比矩阵模型,设计了基于滑模观测器的不确定雅各比矩阵自适应补偿器,并证明其滑模面的收敛性;

步骤2:针对不确定的动力学部分,将动力学模型不确定项和外界干扰视为总不确定动力学,设计了基于RBF神经网络的不确定动力学模型辨识器,利用辨识出的函数估计动力学参数及外界干扰;

步骤3:设计一种新的基于RBF神经网络的鲁棒自适应控制器,并根据该控制器设计了优化的神经网络参数自适应律,最后对其稳定性进行分析。

2.根据权利要求1所述的机械臂自适应轨迹跟踪控制方法,其特征在于:步骤1中所述运动学不确定雅各比矩阵模型建立为:根据机械臂名义雅各比矩阵,将不确定的雅各比矩阵设计为ΔJ(q);假设所述不确定的雅各比矩阵是有界的,即||ΔJ(q)||≤b1,其中b1∈R是正常数,代表有界上限。

3.根据权利要求2所述的机械臂自适应轨迹跟踪控制方法,其特征在于:所述的基于滑模观测器的不确定雅各比矩阵自适应补偿器的设计为:在考虑名义雅各比矩阵的基础上加入终端滑模函数 估计函数设计为:其中 是x的估计值, 时估计误差,k01∈R中

为正观测增益,p1∈R中以及q1∈R为正奇数,满足p1<q1,即保证运动学估计误差xe能在有限时间收敛到滑模面,其中有限时间为To,

4.根据权利要求3所述的机械臂自适应轨迹跟踪控制方法,其特征在于:所述滑模面的收敛性证明表述为:选择李雅普诺夫函数: 证明得到:估计误差xe将收敛到滑动面xe≡0。

5.根据权利要求4所述的机械臂自适应轨迹跟踪控制方法,其特征在于:步骤2中针对所述的总不确定动力学,根据机械臂的动力学方程,在名义动力学模型的基础上将其不确定项和外界扰动视为总扰动H(q);所述的基于RBF神经网络的不确定动力学模型辨识器的设计为:将不确定模型分为两部分利用神经网络辨识,即:T T

F1(v1)=V1S1(v1)+δ1(e2),F2(v2)=V2 S2(v2)+δ2(e2),其中为理想的权值矩阵,δ1(e2):R2→R2是逼近误

差; 也为理想的权值矩阵,而δ2(e2):R2→R2是逼近误差;N1和N2为隐含层的神经元数目,逼近误差由未知常数σi限定,即||δi(e2)||2≤σi,i=1,2。

6.根据权利要求5所述的机械臂自适应轨迹跟踪控制方法,其特征在于:步骤3中所述基于RBF神经网络的鲁棒自适应控制器设计为:设xd为工作空间期望轨迹,定义任务空间跟踪误差为e1=xd-x,定义关节空间的滑动向量为 根据神经网络函数设计控制律为: 其中K∈Rn×n是一个对称正定矩阵,θ=(σ1+σ2)sgn(e2)是一个用于克服神经网络逼近误差δi,i=1,2的鲁棒补偿器; 是用于估计Wi,i=1,2的在线学习参数,Wi,i=1,2是理想化权矩阵Vi的最大奇异值的平方;所述优化的神经网络参数自适应律设计为:其中r1、r2、k1和k2是正的

可调参数。

7.根据权利要求6所述的机械臂自适应轨迹跟踪控制方法,其特征在于,该控制方法还包括对控制器的稳定性分析证明,具体是选取李雅普诺夫函数:其中 是NNs权重误差,证明得

到: 其中