[发明专利]非线性机器人抗外源干扰控制器设计方法

权利要求书

1.非线性机器人抗外源干扰控制器设计方法，包括反演控制器、受外源干扰机器人和非线性干扰观测器，其特征在于，包括如下步骤：

a、不考虑外源干扰d，设计反演控制器使其输出为τ₀；

b、在外源干扰d的情况下，设计非线性干扰观测器对机器人受到的外源干扰进行估计，得到外源干扰d的估计值

c、由反演控制器输出τ₀和外源干扰的估计值得到抗外源干扰控制器输出τ；

d、以抗外源干扰控制器输出τ对机器人进行控制，使得对外源干扰抑制的同时实现机器人实际位置q对其期望位置q_d的跟踪；

所述非线性干扰观测器表达式为：

其中，x＝[x₁ x₂]^T为机器人的状态变量；x₁＝q为机器人实际位置；为机器人实际速度；F和H为外源系统的系数矩阵；L(x)为非线性观测器的增益函数；δ为非线性干扰观测器的状态变量；为δ的一阶导数；p(x)为非线性函数，与状态变量x和非线性观测器的增益函数L(x)有关；为线性外源系统的状态变量ε的估计值；为外源干扰d的估计值；M(x₁)为机器人对称的正定惯性矩阵；M^-1(x₁)为M(x₁)的逆矩阵；C(x₁,x₂)为机器人的哥氏力和离心力项；G(x₁)为机器人的重力项。

2.根据权利要求1所述的非线性机器人抗外源干扰控制器设计方法，其特征在于：

所述反演控制器的输入包括机器人实际位置x₁＝q、实际速度和期望位置x_1d＝q_d；所述反演控制器的输出为τ₀。

3.根据权利要求2所述的非线性机器人抗外源干扰控制器设计方法，其特征在于：

所述反演控制器输出τ₀表达式为：

其中，τ₀为反演控制器的输出；M(x₁)为机器人对称的正定惯性矩阵；M^-1(x₁)为M(x₁)的逆矩阵；C(x₁,x₂)为机器人的哥氏力和离心力项；G(x)为机器人的重力项；c₁和c₂为大于零的常数；r₁＝x₁-x_1d为机器人实际位置x₁＝q和期望位置x_1d＝q_d之间的位置误差；为r₁的一阶导数；为x_1d的二阶导数；x₂为机器人实际速度；r₂＝x₂-α₁为机器人速实际速度和期望速度α₁之间的速度误差。

4.根据权利要求1所述的非线性机器人抗外源干扰控制器设计方法，其特征在于：

所述非线性干扰观测器的输入包括机器人实际位置q，实际速度和抗外源干扰控制器的输出τ；所述非线性干扰观测器的输出为外源干扰的估计值

5.根据权利要求1所述的非线性机器人抗外源干扰控制器设计方法，其特征在于：

所述抗外源干扰控制器的输出τ的表达式为：

其中，为外源干扰d的估计值；τ₀为反演控制器的输出；τ为抗外源干扰控制器的输出。