[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

说明书

本发明属于工业过程控制技术领域，具体涉及基于输出位置的单臂机械手事件触发ADP控制器结构，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。其在保证控制器的稳定的基础上，使得系统的传输负荷和计算负荷大大减少，节约成本。

技术领域

本发明属于工业过程控制技术领域，具体涉及基于输出位置的单臂机械手事件触发ADP(Adaptive Dynamic Programming，自适应动态规划)控制器结构。

背景技术

在单臂机械手中，机械手的关节角位移是其自身一个重要的输出量，是实际系统中经常需要的控制量。在现实生活中，节省控制燃料、减少控制器的计算负荷和降低控制器的成本都是当前单臂机械手设计的设计目标，为了达到这些目标，本发明在控制器的设计中，引入了事件触发机制，并且基于输出位置设计出了一种自适应动态规划控制方法，该控制器凭借其现实意义十分实用，对未来单臂机械手的研究发展具有十分重要的现实意义。

机械臂系统是一个十分复杂的非线性系统，针对机械臂的不确定性问题的解决方案为自适应控制策略，自适应控制是通过辨识、学习和调整控制规律使得单臂机械手的控制性能指标达到最优，其中最优控制问题是在本世纪50～60年代在空间技术发展和数字计算机实用化的推动下形成的并且的得到了迅速的发展；近些年来，自适应动态规划(Adaptive Dynamic Programming,ADP)作为最优控制领域中一种新兴的近似最优方法，也被称为近似动态规划，并且获得了广泛的关注；自适应动态规划方法的框架是由PaulJ.Werbos提出来的，其主要思想是通过利用函数近似结构，例如用神经网络来近似经典动态规划中的性能指标函数，从而来获得最优性能指标函数和最优控制以满足最优性原理；为了保证性能指标达到最优，在2008年，Silvia Ferrari等人利用含约束的近似动态规划方法设计出一种基于神经网络的状态反馈ADP控制器；姜钟平等人针对非线性系统，提出了一种具有鲁棒性的状态反馈ADP控制器；以及，黄玉柱等人针对n阶仿射非线性系统，提出了一种基于状态反馈的鲁棒ADP控制器；由于在实际系统中观测系统状态需要大量的传感器，设计合适的观测器能够减少传感器的数量，从而降低控制器的成本；所以大量学者针对输出反馈的ADP控制器进行了研究；张化光等人研究了仿射非线性系统的基于输出反馈的ADP控制方法；在2013年，刘德荣等人在神经网络的基础上讨论了非仿射非线性系统的输出反馈ADP控制问题，刘德荣等人还借助自适应动态规划算法研究了一类仿射非线性系统的容错控制问题；然而，基于输出反馈的ADP控制方法存在着传输负载和计算负荷的问题；针对这一问题，何海波等人利用神经网络技术设计和事件触发机制解决了一类仿射非线性系统的状态反馈ADP控制问题；在2017年，何海波等人还通过基于事件触发的状态反馈ADP控制器实现了具有控制约束的仿射非线性系统的最优控制；此外，他们在上述研究的基础上，分别研究了仿射非线性系统和具有控制约束的仿射非线性系统输出反馈的事件触发ADP控制问题。

发明内容

在实际的应用中，基于单臂机械手的控制能量、控制器的计算负荷以及观测器的数量等问题，本发明设计了基于输出位置的单臂机械手事件触发ADP控制器结构，其在保证系统的稳定的基础上，使得系统的传输负荷和计算负荷大大减少，节约成本。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为，基于输出位置的单臂机械手事件触发ADP控制器结构，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；