[发明专利]一种柔性关节机械臂的动态面控制方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种柔性关节机械臂的动态面控制方法，它是针对电厂机械设备系统，而给出的一种柔性关节机械臂的动态面控制方法，用于控制柔性关节机械臂连杆角度，属于自动控制技术领域。 

(二)背景技术

火力电厂存在一些高温高危的作业，不适合人工操作。因此，利用机械设备代替人力就十分重要。柔性关节机械臂是工业现场十分重要的机械设备，它的出现极大解放了人的双手，使得日常生产效率更高，也更加安全。柔性关节机械臂属于非线性强耦合的系统，对于它的控制具有一定难度。由于要求柔性关节机械臂的连杆角度能快速精确跟踪预定轨迹，所以对控制方法的设计提出了较高要求。 

近年来，许多先进的控制方法被用到柔性关节机械臂控制的设计中，其中包括反馈线性化方法、滑模控制方法等。但这些方法都无法解决柔性关节机械臂中存在的非匹配不确定性问题。反推控制设计虽然能解决系统非匹配不确定性问题，但又存在“微分爆炸”现象。动态面控制方法是一种新颖的控制方法，它设计步骤清晰，设计过程简单，对下三角形式的非线性系统有很好的控制效果。这种控制方法在每一步设计中引入一个一阶低通滤波器，使得每一步控制律设计与前一级的设计基本解耦，从而使控制律的复杂程度大大下降，根本上消除了“微分爆炸”现象。 

这种技术背景下，本发明给出一种柔性关节机械臂的动态面控制方法，用于控制柔性关节机械臂连杆角度。采用这种控制不仅保证了闭环系统的稳定性，还实现了柔性关节机械臂连杆对预定轨迹的快速且精确跟踪。 

(三)发明内容

1、发明目的 

本发明的目的是：克服现有控制技术的不足，而提供一种柔性关节机械臂的动态面控制方法，它在保证闭环半全局系统稳定的基础上，实现闭环系统连杆角度对预定轨迹的快速且 精确跟踪。 

本发明是一种柔性关节机械臂的动态面控制方法，其设计思想是：针对柔性关节机械臂控制系统模型，逐步设计虚拟控制，并在每步引入一阶低通滤波器，最终推导出柔性机械臂动态面控制，克服反推控制的“微分爆炸”现象，能保证闭环控制系统的半全局稳定性，同时实现了柔性关节机械臂连杆角度对预定轨迹的快速且精确跟踪。 

2、技术方案 

下面结合流程框图4中的步骤，具体介绍该设计方法的技术方案。 

柔性关节机械臂系统示意图如图1。 

本发明一种柔性关节机械臂的动态面控制方法，该方法具体步骤如下：第一步柔性关节机械臂系统模型分析与构建 

闭环控制系统采用负反馈的控制结构，输出量是柔性关节机械臂连杆角度。所设计的闭环控制系统主要包括控制器环节和系统模型这两个部分，其结构布局情况见图2所示。 

柔性关节机械臂控制系统模型描述如下： 

Iq··+K(q-qm)+Mglsinq=0Jq··m-K(q-qm)=u---(1)]]>

其中：q表示柔性关节机械臂连杆角度； 

q_m表示电机转子角度；