[发明专利]基于输出位置的单臂机械手事件触发ADP控制器结构

权利要求书

1.基于输出位置的单臂机械手事件触发ADP控制器结构，其特征在于，包括比较器单元、事件触发模块、数据采样系统单元、观测器单元、第一逼近器单元、误差函数单元、第二逼近器单元、第一非线性运算单元、第二非线性运算单元、零阶保持器单元和控制律计算单元构成；

比较器单元的输入端分别为系统的输出y和观测器单元的输出系统的输出y即为单臂机械手输出的位置信号y；

数据采样系统单元的输入端分别为比较器单元的输出观测器单元的输出观测器单元的输出和事件触发模块的输出b；

事件触发模块包括计算单元、比较单元和指令单元；计算单元的输入端分别为系统的输出y和零阶保持器的输出比较单元的输入端分别为系统的输出y和数据采样系统单元的输出指令单元的输入端为比较单元的输出和计算单元的输出td，指令单元的输出b作为事件触发模块的输出b；

观测器单元的输入端分别为第一逼近单元的输出系统的输出y、观测器单元的输出和观测器单元的输出

第一逼近器单元的输入信号分别为零阶保持器单元的输出观测器单元的输出观测器单元的输出和数据采样系统的输出

误差函数单元的输入端分别为观测器单元的输出观测器单元的输出第一非线性运算单元的输出和零阶保持器单元的输出

第二逼近器单元的输入端分别为观测器单元的输出观测器单元的输出零阶保持器单元的输出和误差函数单元的输出e_c；

第一非线性运算单元的输入端分别为数据采样系统单元的输出数据采样系统单元的输出零阶保持器单元的输出第一逼近器单元的输出和第二逼近器单元的输出

第二非线性运算单元的输入端分别为第一非线性运算单元的输出和第一非线性运算单元的输出

零阶保持器的输入端为第二非线性运算单元的输出

控制律计算单元的输入端为零阶保持器的输出指令单元的输出b和第二非线性运算单元的输出

单臂机械手的输入端为控制律计算单元的输出u，u为单臂机械手的控制力矩。

2.根据权利要求1所述的基于输出位置的单臂机械手事件触发ADP控制器结构，其特征在于，单臂机械手事件触发ADP控制器结构的系统模型为：

其中，θ为单臂机械手的角度位置；是单臂机械手的角速度；G为转动惯量；D为单臂机械手关节转动的粘性摩擦系数；u为单臂机械手的控制力矩；MgHsin(θ)为重力项；M是单臂机械手的质量；g是重力加速度；H是单臂机械手的高度。

3.根据权利要求2所述的基于输出位置的单臂机械手事件触发ADP控制器结构，其特征在于，单臂机械手的状态模型为：

其中：x₁＝θ；y为单臂机械手输出的位置信号；u是控制律计算单元的输出，即控制输入；f₁(x₁,x₂)＝x₂；

4.根据权利要求1所述的基于输出位置的单臂机械手事件触发ADP控制器结构，其特征在于，单臂机械手事件触发ADP控制器结构采用如下步骤运行：

步骤一、观测器单元：观测器单元的输入端分别为系统的输出y、观测器单元的输出观测器单元的输出和第一逼近器单元的输出所述的系统的输出y、观测器单元的输出观测器单元的输出和第一逼近器单元的输出经过以下公式计算：

得到本次运行时观测器单元的输出的本次运行时观测器单元的输出的其中，2×2阶矩阵为赫尔维兹矩阵，A₁、A₂、A₃、A₄分别为常数；T₁、T₂分别为大于0的常数，在单臂机械手事件触发ADP控制器结构第一次运行时，均为常数；在之后的运行中，分别为上一次运行时第一逼近器单元的输出中的元素；中出现的与分别为观测器单元的输入端所接入的观测器单元的输出观测器单元的输出且观测器单元的输入端所接入的观测器单元的输出观测器单元的输出在事件触发ADP控制器第一次运行时，所接入的观测器单元的输出观测器单元的输出均为常数值；在事件触发ADP控制器之后的运行，所接入的观测器单元的输出观测器单元的输出均为上一次运行时，观测器单元的输出值；

步骤二、比较器单元：比较器单元的两个输入端分别为系统的输出y和观测器单元的输出所述的系统的输出y经过以下的计算：

得到比较器单元的输出

步骤三、第一逼近器单元：第一逼近器单元的输入端分别为零阶保持器单元的输出观测器单元的输出观测器单元的输出和数据采样系统单元的输出所述的零阶保持器单元的输出观测器单元输出的信号观测器单元输出的信号和数据采样系统单元输出经过以下公式计算：

得到第一逼近器单元的输出其中，

为第一逼近器单元中神经网络隐藏层到输出层的事件触发的权值矩阵，是2行l_n1列的矩阵；l_n1为第一逼近器单元中神经网络隐藏层神经元的个数，为大于0的常数；是第一逼近器单元中神经网络隐藏层到输出层估计的权值矩阵；β₀为神经网络的学习率，为大于0的常数；C＝[1 0]，为双曲正切函数，为双曲正切函数的输入矩阵；V_ob为第一逼近器单元中神经网络输入层到隐藏层的权值矩阵，为l_n1行3列的矩阵；在事件触发ADP控制器结构第一次运行时，零阶保持器单元的输出的值为常数，在之后的运行时，零阶保持器单元的输出选用上一次运行时的零阶保持器单元的输出；在事件触发ADP控制器结构第一次运行时，数据采样系统单元的输出的值为0，在之后的运行时，选用上一次运行时的数据采样系统单元的输出；ρ为一个大于0的常数；

步骤四、误差函数单元：误差函数单元的输入端分别为观测器单元的输出观测器单元的输出零阶保持器单元的输出和第一非线性运算单元的输出所述的观测器单元的输出观测器单元的输出零阶保持器单元的输出和第一非线性运算单元的输出经过以下公式计算：

可得误差函数单元的输出e_c，

其中，在事件触发ADP控制器结构第一次运行时，零阶保持器单元的输出的值为常数，在之后的运行时，零阶保持器单元的输出选用上一次运行时的零阶保持器单元的输出；在事件触发ADP控制器结构第一次运行时，第一非线性运算单元的输出为常数；在之后的运行中，第一非线性运算单元的输出选用上一次运行时的第一非线性运算单元的输出；

步骤五、第二逼近器单元：第二逼近器单元的输入端分别为观测器单元的输出观测器单元的输出零阶保持器单元的输出和误差函数单元的输出e_c，所述的观测器单元的输出观测器单元输出和零阶保持器单元输出以及误差函数单元输出e_c经过以下公式计算：

可得第二逼近器单元的输出

为第二逼近器单元中神经网络隐藏层到输出层的估计权值矩阵，是l_n2行1列矩阵；关于时间t的导数满足公式β_c为第二逼近器单元中神经网络的学习率，为大于0的常数；κ是l_n2行1列的矩阵；为双曲正切函数，是双曲正切函数对的偏导数，V_c是为第二逼近器单元中神经网络输入层到隐藏层的权值矩阵，为l_n2行3列矩阵；l_n2为第二逼近器单元中神经网络隐藏层神经元的个数，为大于0的常数；

步骤六、比较单元：计算单元的输入端为系统的输出y和数据采样系统单元的输出所述的系统的输出y和数据采样系统单元的输出经过以下公式计算：

得到比较单元的输出在单臂机械手事件触发ADP控制器结构第一次运行时，数据采样系统单元的输出为常数；在后续运行中，数据采样系统单元的输出为上一次单臂机械手事件触发ADP控制器结构运行时数据采样系统单元的输出；

步骤七、计算单元：计算单元的输入端为系统的输出y和零阶保持器单元的输出所述的系统输出y和零阶保持器单元的输出经过以下公式计算：

得到计算单元的输出td，其中，α为一个常数，并且α∈(0,1)；L₁、L₂、g和为大于0的常数，且在事件触发ADP控制器结构第一次运行时，零阶保持器单元的输出的值为常数，在之后的运行时，零阶保持器单元的输出选用上一次运行时的零阶保持器单元的输出；

步骤八、指令单元：指令单元的输入端为比较单元的输出，所述的比较单元输出经过以下公式计算：

得到指令单元输出b为事件触发模块的输出b；

步骤九、数据采样系统单元：数据采样系统单元的输入端分别为比较器单元的输出和观测器单元的输出观测器单元的输出以及指令单元的输出b，所述的比较器单元的输出和观测器单元的输出观测器单元的输出以及指令单元的输出b经过以下公式计算：

得到数据采样系统单元的输出和其中，和分别为数据采样系统单元前一次输出值；

步骤十、第一非线性运算单元：第一非线性运算单元的输入端分别为数据采样系统单元的输出数据采样系统单元的输出零阶保持器单元的输出第一逼近器单元的输出和第二逼近器单元的输出所述的数据采样系统单元的输出数据采样系统单元的输出零阶保持器单元的输出第一逼近器单元的输出和第二逼近器单元的输出经过以下公式计算：

得第一非线性运算单元的输出其中，和均为双曲正切函数，为和双曲正切函数的输入矩阵；在事件触发ADP控制器结构第一次运行时，零阶保持器单元的输出的值为常数，在之后的运行时，零阶保持器单元的输出选用上一次运行时的零阶保持器单元的输出；

步骤十一、第二非线性运算单元：第二非线性运算单元的输入端分别为第一非线性运算单元的输出第一非线性运算单元的输出所述的非线性运算单元的输出和非线性运算单元的输出经过以下公式计算：

得到第二非线性单元的输出

步骤十二、零阶保持器单元：零阶保持器单元的输入端为第二非线性运算单元的输出经过以下公式计算：

得到零阶保持器单元的输出其中：为采样时刻，δ_j-1为上一次采样时刻；为第二非线性运算单元在上一次采样时刻的输出；

步骤十三、控制律计算单元：控制律计算单元的输入端为零阶保持器单元的输出指令单元输出b和第二非线性单元的输出所述的零阶保持器单元的输出指令单元输出b和第二非线性单元的输出经过以下公式计算：

得到控制律计算单元的输出u作为单臂机械手系统的输入。