[发明专利]在控制方向和期望轨迹不确定下的机器人系统控制方法

说明书

本发明在控制方向和期望轨迹不确定下的机器人系统控制方法，包括步骤一、建立机器人系统数学模型：当存在执行器故障的时候，实际控制输入u_a和设计的控制输入u之间的关系为：u_a(t)＝ρ(t)u+u_r(t)，机器人系统的驱动误差e＝y‑y^*＝[e₁,K,e_m]^T；步骤二、设计机器人系统的控制器步骤三、将控制器u算出的控制信号输入被控非线性机器人系统，控制机器人系统的输出。本发明使用的控制器能使被控系统在非线性不确定、系统建模误差和外界干扰、期望轨迹不确定、以及控制增益矩阵方向未知的情况下，系统输出信号能够较好地跟踪理想信号，并确保跟踪误差信号能收敛到一个趋于0的紧凑集。

技术领域

本发明涉及非线性系统(如机器人系统)控制技术领域，特别涉及一种在控制方向和期望轨迹都不确定下的跟踪控制方法。

背景技术

随着工业自动化发展，目前在工程应用，如工业机器人应用中，许多重要环节都需要由机器人来完成，工业自动化程度愈来愈高，如何设计控制器来控制机器人等非线性系统，确保跟踪误差收敛到一个趋于零的紧凑集是保证制造质量的关键。

值得注意的是，在大部分实际应用中，被跟踪的期望轨迹可能无法精确得到，例如，在导弹拦截中，被拦截的目标可能故意隐藏或者目标数据可能无意识地损坏或者不可预估的污染，导致期望轨迹无法对拦截器的指导和控制提供帮助。同时，在多输入多输出非线性系统中如何处理控制增益矩阵方向未知问题也是一个比较棘手的问题。

发明内容

有鉴于此，为了解决以上描述的现存问题，本发明的目的是提供一种在控制方向和期望轨迹不确定下的机器人系统控制方法，以解决在期望轨迹和控制方向位置情况下对非线性机器人系统的控制问题。

本发明在控制方向和期望轨迹不确定下的机器人系统控制方法，包括以下步骤：

步骤一、建立机器人系统数学模型：

式中，q＝[q₁,...,q_m]^T∈R^m是机器人的关节变量矢量，表示机器人各关节的位移，m为机器人的关节数量，表示机器人各关节的速度，表示机器人各关节的加速度；H(q,p)∈R^m×m表示机械人关节的正定对称惯性矩阵，表示机器人关节的科里奥利和离心矩阵，G_g(q,p)∈R^m表示机器人关节的重力矢量，表示机器人关节的摩擦和扰动矢量，u_a∈R^m是机器人关节的转矩控制矢量，p∈R^r和θ∈R^l分别表示机器人系统中的未知参数向量；

定义q＝x₁＝[x₁₁,...,x_1m]^T∈R^m和将机器人系统数学模型转化为如下所示的系统模型：

y＝x₁

式中，x₁＝[x₁₁,...,x_1m]^T∈R^m和是机器人关节的状态矢量；G(x₁,p)＝H^-1(q,p)是时变且未知的机器人控制增益矩阵；表示机器人关节的不确定和多余扰动部分；u_a＝[u_a1,...,u_al]∈R^l是机器人系统的实际控制输入，l表示机器人实际控制输入的矩阵阶数；y∈R^m表示机器人关节的输入矢量；