[发明专利]一种柔性机械臂的组合滑模运动控制方法有效

专利信息
申请号: 202010753420.2 申请日: 2020-07-30
公开(公告)号: CN111948943B 公开(公告)日: 2022-03-18
发明(设计)人: 史超 申请(专利权)人: 中国船舶重工集团公司第七一六研究所
主分类号: G05B13/04 分类号: G05B13/04
代理公司: 南京理工大学专利中心 32203 代理人: 王玮
地址: 222001 *** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 柔性 机械 组合 运动 控制 方法
【权利要求书】:

1.一种柔性机械臂的组合滑模运动控制方法,其特征在于,包括:

步骤1:基于奇异摄动理论,将柔性机械臂建模为带有奇异摄动参数的奇异摄动系统并将其分解为描述刚体运动和柔性振动的快、慢子系统;

步骤2:慢时间尺度下,设计带有扰动观测器的自适应滑模控制器即慢控制器实现对柔性机械臂的轨迹跟踪;具体包括:

步骤2-1:设计带有扰动观测器的自适应滑模控制器;扰动观测器设计为:

其中为扰动估计值,D(θ)为增益向量;定义C1为阻尼力,θ为机械臂旋转角;

步骤2-2:定义中间变量能够得到:

步骤2-3:针对慢变扰动,假设定义扰动观测误差:

联立方程(11)、(19),求得:

进一步求得观测误差方程:

通过设计增益矩阵D(θ)估计慢变扰动;

步骤2-4:设计自适应律:

针对分解后得到的柔性机械臂慢子系统,参数J有界,即Jmin<J<Jmax,进一步将自适应律(23)改进为:

步骤2-5:基于扰动观测结果和自适应参数估计值设计滑模控制器:

其中ks,η为慢控制器参数,且ks>0,η>0;

步骤2-6:由慢子系统(11),定义轨迹跟踪误差:

es(t)=θs(t)-θd(t) (26)

其中,θd为理想运动轨迹;定义慢子系统滑模函数:

其中c0;进一步求得:

步骤2-7:定义Lyapunov函数:

其中进一步得到:

步骤2-8:利用饱和函数设计准滑动模态抑制滑模抖振:

其中Λ1为饱和边界;

步骤2-9:慢子系统控制器改进为:

步骤3:快时间尺度下,设计鲁棒滑模控制器即快控制器实现对柔性振动抑制;

步骤4:利用奇异摄动理论将慢控制器与快控制器组合,实现轨迹跟踪和振动抑制的双重控制目标。

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