[发明专利]一种基于干扰观测器的多机械臂系统的一致控制方法

说明书

本发明涉及一种基于干扰观测器的多机械臂系统的一致控制方法，对于受外部扰动的多机械臂系统，设计了一种多机械臂系统的分布式一致控制算法；首先，针对系统存在的外部扰动，设计了一种干扰动观测器，从而抑制扰动，提高了控制精度；其次，结合所设计的扰动观测器设计了分布式一致控制方法。本方法可适用于机械臂在工业装配、安全防爆、航空航天应用中的跟踪控制；本方法解决了外部扰动未知的多机械臂系统的分布式一致性控制问题，提高了系统的控制精度和稳定性，应用领域广泛。

技术领域

本发明涉及一种多机械臂系统的一致控制方法，特别涉及一种基于干扰观测器的多机械臂系统的一致控制方法，可应用于机械臂的跟踪控制。

背景技术

随着人工智能和机器人技术的兴起，多机械臂的协同控制受到工业、航空航天等领域的关注。但是由于机械臂存在未知的外部扰动等问题，对机械臂的协同控制问题造成严峻的挑战，如果在研究多机械臂协同控制问题中不考虑外部干扰等问题，所设计的控制器往往会导致系性能的下降，甚至出现故障。

为了对机械臂未知外部扰动进行研究，国内外的许多学者，进行了大量的研究，目前主要有反馈控制、鲁棒控制等方法，但反馈控制具有时滞、波动等问题，鲁棒控制适用于微小摄动下的不确定性。扰动观测器的基本思想是对系统中未知外部扰动进行观测或估计，然后利用观测器的估计输出，抵消未知扰动的影响，可以更好地提高系统的性能。对于那些不可预测的未知扰动，干扰观测器可以起到良好的抑制效果，从而提高系统的鲁棒性。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于干扰观测器的多机械臂系统的一致控制方法，更好地解决了具有未知外部扰动的多机械臂系统的一致控制问题，提高系统的控制精度和控制器的鲁棒性。针对外部扰动，相比于反馈控制、鲁棒控制等方法，干扰观测器有更高的控制精度和鲁棒性

为了实现上述解决问题，本发明的技术解决方案为：

一种基于扰动观测器的多机械臂系统的一致控制方法，

(1)对含有未知外部扰动的n个跟随者多机械臂系统以及领航者机械臂建立动力学模型；

(2)基于所述步骤(1)中的动力学模型，建立多机械臂系统的通信拓扑结构；

(3)基于所述的n个跟随者多机械臂系统以及领航者机械臂的动力学模型，设计针对未知外部扰动的干扰观测器；

(4)基于所述通信拓扑结构与干扰观测器，定义跟踪误差，通过建立跟踪误差动态使得跟踪误差最终是趋于零；

(5)结合通信拓扑结构、跟踪误差以及干扰观测器，采用分布式一致控制方法，实现跟随者机械臂对领航者机械臂的跟踪。

具体包括以下步骤：

第一步，建立系统的动力学模型

含有未知外部扰动的多机械臂系统的n个子系统的动力学模型建立如下：

其中，q_i,v_i∈R²分别是第i个机械臂的位置、速度,T_i∈R²表示关节输入力矩，d_i1,d_i2∈R²是第i个机械臂的扰动力矩，与第i个机械臂的向心力，哥氏力和重力力矩相关，J_i(q_i)∈R^2×2为第i个机械臂的对称正定的惯性矩阵。

领航者机械臂的动力学模型可以描述为：

其中，q₀,v₀∈R²分别是机械臂领航者的位置和速度。