[发明专利]基于估计参考信号二阶微分的刚体系统抗扰控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于估计参考信号二阶微分的刚体系统抗扰控制方法及系统，包括以下步骤：建立刚体系统的位移或者角度控制模型以及跟踪误差信号；依据存储式的参考信号二阶微分估计方法，获得参考信号二阶微分估计值；建立基于跟踪误差信号的总和扰动估计器；通过总和扰动估计器获得总和扰动估计值和刚体位移或者角度的跟踪误差信号变化率估计值；基于参考信号二阶微分估计值、总和扰动估计值和刚体位移或者角度的跟踪误差信号变化率估计值，获得带有总和扰动主动以及参考信号二阶微分补偿的刚体系统控制输入。本发明能够实现仅已知当前参考信号情况下的刚体系统位移或角度控制，且具有较高的精度。

技术领域

本发明属于刚体系统控制方法设计技术领域，特别涉及一种基于估计参考信号二阶微分的刚体系统抗扰控制方法及系统。

背景技术

刚体系统是实际生产生活中最常见的系统，具有广泛的应用场景。刚体系统控制的主要问题是控制刚体位移或者刚体角度跟踪指定的参考信号；例如，控制机械臂转动的角度值与指定的参考信号相同。

已有的控制方法，例如比例-微分误差反馈控制方法、自抗扰控制方法等，均要求提前已知参考信号以及参考信号的二阶微分，进而在控制设计时，主动补偿参考信号二阶微分的影响，从而提高刚体系统的控制精度。然而，在实际运行中，刚体系统的参考信号是由外部机械系统生成，或者由上层决策系统生成，因此参考信号不是提前已知的；对于仅已知当前参考信号的刚体系统，现有的主动补偿参考信号二阶微分的方法无法适用。亟需一种主动估计参考信号二阶微分的控制方法，以极大地提升现有刚体系统的跟踪精度。

另外，刚体系统的实际运行环境多变，受到多种复杂未知的内部与外部不确定性的影响。例如，刚体系统会受到外部干扰力与干扰力矩的影响，同时刚体系统内部的摩擦现象难以精确建模。亟需一种可应对大范围内部与外部不确定性的控制方法，以极大地提升现有刚体系统在复杂多变环境下的鲁棒性。

综上，结合刚体系统控制中的两个关键问题，针对参考信号非提前已知以及大范围的系统内部与外部不确定性影响，亟需一种新的估计参考信号二阶微分的刚体系统抗扰控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于估计参考信号二阶微分的刚体系统抗扰控制方法及系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明的方法，能够实现仅已知当前参考信号情况下的刚体系统位移或角度控制，且具有较高的精度。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种基于估计参考信号二阶微分的刚体系统抗扰控制方法，包括以下步骤：

步骤1，建立刚体系统的位移或者角度控制模型以及跟踪误差信号；

其中，刚体系统的位移或者角度控制模型表达式为：

式中，x₁(t)∈R为刚体在t时刻的位移或者角度，x₂(t)∈R为刚体在t时刻的速度或者角速度，u(t)∈R为刚体系统在t时刻的外部控制输入力或力矩，b(t)∈R为刚体系统控制输入在t时刻的等效增益系数，f(x₁(t),x2(t))∈R为刚体系统中未建模系统动态在t时刻的值，d(t)∈R为刚体系统在t时刻受到的外部干扰；

刚体系统的跟踪误差信号表达式为：

e₁(t)＝x₁(t)-r(t),

式中，e₁(t)∈R为刚体系统在t时刻的位移或角度跟踪误差信号，r(t)∈R为刚体系统在t时刻的位移或角度参考信号；

步骤2，依据存储式的参考信号二阶微分估计方法，获得参考信号二阶微分估计值；