[发明专利]一种基于串并联估计模型的柔性机械臂系统模糊控制方法

说明书

本发明属于模糊控制技术领域，公开了一种基于串并联估计模型的柔性机械臂系统模糊控制方法，包括：对操作系统的柔性机械臂系统建立动力学模型；对系统进行初始化设置，建立相应的干扰观测器采集外界数据；针对干扰观测器采集的有关机械臂的运动学和动力学不确定性数据，利用模糊逼近思想，对系统各不确定函数项进行模糊逼近处理；将偏差、偏差一阶导数、偏差二阶导数三个模糊集，通过模糊关系和模糊合成算法进行修正运算。本发明基于串并联估计模型可提高系统的鲁棒性。本发明结合干扰观测器，可消除外部未知干扰对系统的影响。同时对偏差、偏差一阶导数、偏差二阶导数三个模糊集进行修正运算，可进一步提高控制精度，提高自动化程度。

技术领域

本发明属于模糊控制技术领域，尤其涉及一种基于串并联估计模型的柔性机械臂系统模糊控制方法。

背景技术

目前，最接近的现有技术：

在当今制造业中，微电子技术、传感器技术等飞速发展，在提高生产效率的同时也需保障产品的质量，自动化越来越受到企业的重视。机械臂因其独特的灵活性，已在工业装配、安全防爆、医疗卫生等领域得到了广泛的应用，在机械臂的使用过程中，需要规划好机械臂关节的移动轨迹，从而实现末端位姿的控制。因此，机器臂的轨迹跟踪控制系统与柔性机械臂问题受到越来越多的重视。然而，大量的耦合项以及非线性不确定项存在于机械臂伺服系统中，导致难以设计控制算法以实现对伺服系统的有效动态补偿。

综上所述，现有技术存在的问题是：

大量的耦合项以及非线性不确定项存在于机械臂伺服系统中，导致难以设计控制算法以实现对伺服系统的有效动态补偿；现有模糊逼近处理方法或是模型，模糊逼近精度不够，且不具备普适性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于串并联估计模型的柔性机械臂系统模糊控制方法。

本发明是这样实现的，一种基于串并联估计模型的柔性机械臂系统模糊控制方法，所述基于串并联估计模型的柔性机械臂系统模糊控制方法包括：

第一步，基于有限元离散动力学方程对操作系统的柔性机械臂系统建立动力学模型；

第二步，对系统进行初始化设置，建立相应的干扰观测器采集外界数据；

第三步，针对干扰观测器采集的有关机械臂的运动学和动力学不确定性数据，构建模糊系统，对系统各不确定函数项进行模糊逼近处理；

第四步，将偏差、偏差一阶导数、偏差二阶导数三个模糊集，通过模糊关系和模糊合成算法进行修正运算。

进一步，所述第一步中基于有限元离散动力学方程对操作系统的柔性机械臂系统建立动力学模型具体包括：

将柔性杆用有限元方法进行离散，将柔性杆划分为n个单元，每个单元的长度为l＝L/n，柔性杆一共有n+1个节点，定义节点变形位移列阵为：其中为柔性杆变形引起的横截面的转角；应用有限元方法离散后可以得到柔性机械臂的动力学方程为：

式中：J为柔性机械臂系统的总转动惯量矩阵，

J＝J_h+J_r+J_m+d(M-D)d^T+2Ud，

其中J_h为中心刚体的转动惯量，J_r为柔性杆的转动惯量，J_m为末端质量的转动惯量与末端质量与节点变形耦合引起的转动惯量的和，M为柔性杆结构的整体质量矩阵，由柔性杆的单元质量矩阵装配得到，D为与二次耦合项w_c有关的矩阵，U为柔性杆转动惯量与节点变形的耦合矩阵；H为刚柔耦合矩阵；