[发明专利]一种输入饱和多单臂机械手的事件触发控制方法

说明书

本发明公开了一种基于扰动观测器的输入饱和多单臂机械手的事件触发控制方法，首先设计扰动观测器观测未知扰动,进而得以有效补偿扰动带来的影响。设计自适应律在线估计未知参数，结合动态面控制与自适应反步法设计控制输入，解决传统反步法存在的“计算爆炸”问题。其次采用分布式相对阈值事件触发控制策略减轻机械手之间的通信负担，降低系统的能耗。并引入饱和补偿系统防止机械手系统发生输入饱和时控制性能不理想。该设计方案可以有效的观测未知外界扰动，简化控制器设计过程计算步骤，避免降低对通信资源需求，保证机械手能够有效跟踪给定信号。

技术领域

本发明涉及人工智能及控制的技术领域，尤其涉及到一种基于扰动观测器的输入饱和多单臂机械手的事件触发控制方法。

背景技术

自20世纪60年代以来，机械手在广泛领域得到应用，如机械加工、点焊、装配、检测、航天等。特别在工业自动化生产线上，工业机械手占据着重要的位置。

其中，工程机械的作业工况通常比较的恶劣，由于工程机械手工作环境情况非常复杂，自身的硬件性能有限，为保证其工作安全可靠，提高施工质量和作业效率，对其进行准确的控制设计是非常有必要的。

但随着机械手应用范围不断扩大，互相独立的单臂机械手显现出越来越多的局限性，而多单臂机械手协同作业操作灵活，鲁棒性强，可以完成繁琐多样的任务要求。因此，研究多单臂机械手输出一致控制器的设计具有重要意义。考虑到可能只有部分机械手能直接接受到跟踪轨迹信号，则可将多单臂机械手系统中某一能直接接受到跟踪信号的机械手当作领导者，其他的“跟随者”可以跟踪领导者的输出信号，从而实现输出一致的控制目标，将此跟随“领导者”的一类单臂机械手称为“跟随者”。

在许多应用场景中，对多单臂机械手系统的工作精度具有很高的要求，然而由于经常工作于复杂甚至是危险的环境中,多单臂机械手系统会受到各种扰动的负面影响。因此,扰动抑制成为多单臂机械手系统控制设计的一个关键目标。

当一个扰动是可测量的，众所周知，前馈策略可以减弱或消除扰动的影响。然而，通常情况下，外部扰动无法直接测量或测量成本太高。因此，转而从可测量的变量中估计扰动或扰动的带来影响，通常由内部模型或扰动观测器得出扰动的估计，然后根据干扰的估计，采用控制输入来补偿扰动。韩京清先生提出的自抗扰理论的思想内核是自发检测系统模型以及外部扰动并及时进行补偿。陈文华等人对机械手系统设计的非线性扰动观测器可应用于机械臂的摩擦补偿、独立关节控制、无传感器扭矩控制和故障诊断等方面。丁正涛针对网络连接的动态系统中影响轨迹一致性的扰动设计了扰动观测器。然而扰动抑制通常需要更大的控制输入,但多单臂机械手系统由于机械构造与部件性能等物理因素的限制，会导致输入饱和现象的发生,严重制约控制性能甚至造成系统失稳。所以输入饱和问题应该予以重视。

在先进的控制应用，控制的实现很大程度上是基于数字平台，其中控制组件(物理设备、采样器、控制器和执行器)通过通信网络连接。在这种实现中，控制任务包括采样物理信号，计算控制信号，实现执行器信号。传统上，控制任务以周期性的方式执行，即系统控制采用时间触发控制策略。然而，许多实际系统中的机械手可能只装配简单的嵌入式微处理器和有限的通信信道带宽和能源，一个通信网络通常由不同的系统节点共享。时间触发控制策略为了保障系统的良好性能,系统稳定时也需要维持长时间的快速采样,这样不仅会造成网络拥挤,且会导致系统的能耗过高,从而缩短系统的使用寿命。因此,本发明采用只有符合触发条件时才执行控制任务的事件触发控制策略。由于输入饱和与事件触发都直接影响控制输入,若同时考虑未知扰动会为设计有效的控制器带来很大的挑战，据调查研究得知,目前还没有较好的解决方法。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明将多单臂机械手协同作业、控制输入饱和、通信资源有限以及外部扰动等问题综合考虑，提出基于扰动观测器的输入饱和多单臂机械手的事件触发控制方法。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：