[发明专利]一种平面机械臂系统及其分散式容错控制方法有效

专利信息
申请号: 201910289554.0 申请日: 2019-04-11
公开(公告)号: CN109986562B 公开(公告)日: 2021-09-17
发明(设计)人: 杨浩;孟雅珺;姜斌 申请(专利权)人: 南京航空航天大学
主分类号: B25J9/16 分类号: B25J9/16;B25J13/00
代理公司: 南京苏高专利商标事务所(普通合伙) 32204 代理人: 梁耀文
地址: 210016 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 平面 机械 系统 及其 分散 容错 控制 方法
【说明书】:

发明公开了一种平面机械臂系统及其分散式容错控制方法,属于平面机械臂的容错控制领域。根据不同的角位置构建一系列线性模型来逼近原始的非线性模型,由此可以得到各子机械臂间的耦合关系,再针对每个线性模型设计对应的分散式容错控制律,包括两种执行器故障及一种执行器故障,并提出一种切换律,使得系统在控制器切换的条件下仍然稳定。本发明克服了平面机械臂在跟踪过程中执行器或传感器出现故障的情况下跟踪效率降低的局限性,提高了平面机械臂系统运行的可靠性。

技术领域

本发明属于控制领域,特别涉及一种基于多模型切换的平面机械臂系统及其分散式容错控制方法。

背景技术

平面机械臂是一类复杂的机械互联系统,具有多输入多输出,高度非线性和强耦合的特性。如今,机械臂由于能加强任务的可靠性并节省花费,因此成为了国际空间站的重要工具,展现了强大的应用价值及广阔的应用前景,在空间技术的发展中承担了一个重要的角色。

对于一个机械系统来说,可靠性和稳定性是最重要的性能。话句话说,作为替代人在空间中执行任务的机械臂,如何保证更好的稳定性和可靠性是现在科学家研究的热点问题。甚至某些情况下,机械系统的可靠性比其性能指标更加重要。而可靠性是由容错控制实现的,也就是说,容错控制使得系统在故障发生时仍能保持稳定和期望的性能。对于互联系统来说,经典的容错控制结构可以分为集中式,分散式和分布式三种,目前国内外的学者对于平面机械臂的容错控制多采用的集中式方法,且具有一定成果,但是对于分布式和分散式的容错控制结构的研究较少。这是由于集中式控制方法不需要知道各子系统间的耦合关系,设计简单,但是相对的计算量较大,且对于大规模的互联系统并不适用,分散式控制方法则只需要获取自身子系统的相关信息来设计控制器即可,计算量最小,但是子系统间的耦合关系需要克服,一般采用小增益原理,分布式则是需要自身及相邻子系统的相关信息来设计控制器,计算量较小,也需要克服子系统间的耦合关系。

近年来,滑模控制技术因其所具有的优良特性而受到越来越多的重视,滑模控制技术能够克服系统的不确定性,对干扰及故障具有很强的鲁棒性,尤其对非线性系统的控制具有良好的控制效果,且非线性表现为控制的不连续性,适用于平面机械臂的容错控制。

发明内容

发明目的:针对现有技术中机械臂在执行任务过程中发生故障的问题,提供一种基于多模型切换的平面机械臂系统及其分散式容错控制方法,能够在发生执行器加性、乘性故障以及传感器加性故障的机械臂控制系统在分散式的滑模控制器的作用下,实时对故障的影响进行补偿,迅速减小故障对平面机械臂系统控制系统的影响,提高了控制系统的性能。

技术方案:为解决上述技术问题,本发明提供一种平面机械臂系统,包括执行机构,角速度控制系统,识别器,切换器,分散式控制器和选择开关,所述执行机构、角速度控制系统、识别器、切换器、分散式控制器和选择开关依次连接,所述识别器的输入端与角速度控制系统的输出端连接形成闭环角速度控制系统;

识别器,用于对角速度控制系统所输出的角位置进行识别,并根据识别出的角位置判断其符合的线性模型得到切换信号,同时将该切换信号输出给切换器;

切换器,用于根据识别器发送的切换信号控制选择开关与对应的分散式控制器连通;

选择开关,包括输入端和一个以上的连接端;所述选择开关的输出端数目与分散式控制器的个数相同,所述选择开关根据切换器的控制选择一个输出端与其对应的分散式控制器连通;

分散式控制器,以机械臂的角速度,期望角速度为输入,得到角速度控制的控制信号,并将该控制信号发送到执行机构;

执行机构,用于在分散式控制器的控制信号的作用下得到平面机械臂的操作指令,并将该操作指令发送给角速度控制系统;

角速度控制系统,用于根据执行机构的操作指令对机械臂动作,以机械臂的角速度构成所述角速度控制系统的输出向量。

一种如上所述的平面机械臂系统的分散式容错控制方法,包括如下步骤:

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