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专利号: 2021105057415
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: 手动工具;轻便机动工具;手动器械的手柄;车间设备;机械手
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:

1.一种柔性关节机械臂的自适应反演控制方法,其特征在于,包括如下步骤:S100建立柔性关节机械臂系统模型,初始化系统状态及控制参数;

柔性关节机械臂系统模型表示为如下形式:其中,M,g,L分别为机械臂质量、重力加速度和机械臂长度,q和θ分别为机械臂连杆角度和电机角度,和 分别为机械臂连杆角加速度和电机角加速度;I和J分别为连杆惯量和电机惯量,K为弹性系数,u为控制力矩,d1和d2为有界干扰信号和模型不确定部分,d1和d2表示为:

所述初始化系统状态参数为:定义状态变量x1=q, x3=θ, 系统输出为y=x1;则将柔性关节机械臂系统模型改写为以下形式:假设di及其导数有界,i=1、2;

其中,和 分别是机械臂连杆角速度和电机角速度;

S200设计滤波变量,所述滤波变量结合系统模型设计未知动态观测器;所述未知动态观测器在有限时间内能收敛到平衡点领域附近;

所述的滤波变量为:令a=x1‑x3,b=sin(x1);定义x2l、x4l、al、bl和ul为x2、x4、a、b和u的滤波变量,分别满足:

根据公式(3)和公式(4),对任意正定常数k,则不变流形 即根据公式(3)和公式(5),对任意正定常数k,则不变流形 即不变流形βi=0,i=1、2时,系统消除赘余成分;

当k→0时, 成立,设计如下未知动态观测器:其中,t为时间, 和 分别为d1和d2的估计值;

S300设计跟踪误差及虚拟控制律,根据跟踪误差及虚拟控制律设计反演控制器及跟踪微分器;在虚拟控制律和反演控制器的作用下,柔性关节机械臂系统能够达到一致最终有界且跟踪误差能被约束在边界内。

2.根据权利要求1所述的柔性关节机械臂的自适应反演控制方法,其特征在于,在步骤S300中,设计反演控制器具体过程如下:S300‑1定义虚拟控制率,根据虚拟控制率、公式(3)及期望轨迹定义跟踪误差;

S300‑2定义跟踪参数,根据跟踪参数及虚拟控制率计算得出跟踪微分器;

S300‑3根据跟踪误差及跟踪微分器计算得出反演控制器。

3.根据权利要求2所述的柔性关节机械臂的自适应反演控制方法,其特征在于:所述步骤S300‑1还包括根据跟踪误差构造李雅普诺夫函数,所述李雅普诺夫函数用于证明系统的稳定性。

4.根据权利要求2所述的柔性关节机械臂的自适应反演控制方法,其特征在于,所述步骤S300‑2中的跟踪微分器为:其中,r3表示跟踪参数, 为跟踪微分器输出。

5.根据权利要求2所述的柔性关节机械臂的自适应反演控制方法,其特征在于,所述步骤S300‑3中的反演控制器为:其中,k4为大于零的常数,e3、e4为跟踪误差, 为d2的估计值, 为虚拟控制律的估计值。