[发明专利]一种电驱动机械臂伺服系统的时变约束反演控制方法

权利要求书

1.一种电驱动机械臂伺服系统的时变约束反演控制方法，包括以下步骤：

(1)建立机械臂伺服系统模型，通过初始化系统状态及控制参数得到机械臂伺服系统的状态空间模型；

(2)设计误差向量和改进的边界李雅普诺夫函数，并根据改进的边界李雅普诺夫函数设计反演控制器；所述改进的边界李雅普诺夫函数在系统误差变大并接近边界时，会导致控制信号增大，增强控制效果，并使误差减小，最终保持在边界允许的范围内；所述改进的边界李雅普诺夫函数引入了自然常数e；所述误差向量包括关节位置向量误差和关节速度向量误差；

在步骤(2)中，所述的电驱动机械臂伺服系统的误差向量为：

所述误差向量的一阶导数向量为如下形式：

其中，x_d为给定的参考角位置跟踪信号向量；α₁，α₂为虚拟控制律向量，系统的关节位置向量误差和关节速度向量误差z₁，z₂受到非对称的时变约束，z₃是反步法的第三个误差变量，是系统状态x₃和虚拟控制律α₂之间的误差。

2.根据权利要求1所述的电驱动机械臂伺服系统的时变约束反演控制方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述电驱动机械臂伺服系统模型拥有两个关节，所述电驱动机械臂伺服系统模型表示成如下形式：

其中，q，和分别是电驱动机械臂关节的角位置向量，角速度向量和角加速度向量；M是电驱动机械臂关节的对称正定惯性矩阵；C是电驱动机械臂关节的离心力科里奥利矩阵；G是电驱动机械臂关节的重力矩阵；τ是电机输出给电驱动机械臂关节的转矩向量；i是电机电流向量；K_T是由电机的机电参数所决定的电流和转矩之间转换系数，为大于0的一个正常数；u是输入电压向量；L和R分别是电机的电阻值矩阵和电感值矩阵；K_e是电机的反电动势的反馈系数，为大于0的一个正常数；

其中，

c＝m₂l₁l₂ sin(q₂)

q₁，和分别是电驱动机械臂关节1的角位置，角速度和角加速度；q₂，和分别是电驱动机械臂关节2的角位置，角速度和角加速度；l₁，l₂分别是电驱动机械臂连杆1与电驱动机械臂连杆2的长度；m₁，m₂分别是电驱动机械臂连杆1与电驱动机械臂连杆2的质量；g为重力加速度；J₁，J₂分别是电驱动机械臂关节1与电驱动机械臂关节2的转动惯量。

3.根据权利要求1所述的电驱动机械臂伺服系统的时变约束反演控制方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述初始化系统状态及控制参数为：定义状态变量x₁＝q，x₃＝i，系统输出为y＝x₁；

将电驱动机械臂伺服系统的状态空间形式表示如下：