[发明专利]一种反步自适应控制方法

说明书

本发明公开了一种反步自适应控制方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、利用SoildWorks对机械臂三维建模并导入Matlab生成可视化模型；建立六轴机械臂单关节的动力学模型；步骤2、利用步骤1得到的动力学模型建立误差动力学模型；利用步骤1得到的误差动力学模型和自适应反步法推导最终的控制律并进行李雅普诺夫稳定性的验证，完成六轴机械臂模型的控制律设计；步骤3、根据步骤2得到的反步自适应控制律结合步骤1得到的机械臂可视化模型搭建仿真平台，验证基于Simscape六轴机械臂模型的反步自适应控制方法的正确性、稳定性，完成反步自适应控制。解决了现有技术中存在的机械臂控制策略验证过程繁琐的问题。

技术领域

本发明属于控制策略应用技术领域，涉及一种反步自适应控制方法。

背景技术

机械臂能否快速准确地跟踪期望轨迹，需要其结构、装配、系统辨识、状态估计、控制周期、控制策略等多方面共同保证。其中以控制策略最为重要，起初多以搭建机械臂实物平台来验证算法的稳定性、准确性。这种验证方法不仅效率低而且不能够很好的检查控制策略中的错误，还容易对机械臂本体造成损坏。

Simscape模型是一个可执行的规格书，开发者修改优化模型就是对设计的修缮，无需通过搭建实物平台再进行系统验证，可以通过仿真在早期设计时期就及时对控制算法的正确性进行验证。

发明内容

本发明的目的是提供一种反步自适应控制方法，解决了现有技术中存在的机械臂控制策略验证过程繁琐的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种反步自适应控制方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、利用SoildWorks对机械臂三维建模并导入Matlab生成可视化模型；建立六轴机械臂单关节的动力学模型；

步骤2、利用步骤1得到的动力学模型建立误差动力学模型；利用步骤1得到的误差动力学模型和自适应反步法推导最终的控制律并进行李雅普诺夫稳定性的验证，完成六轴机械臂模型的控制律设计；

步骤3、根据步骤2得到的反步自适应控制律结合步骤1得到的机械臂可视化模型搭建仿真平台，验证基于Simscape六轴机械臂模型的反步自适应控制方法的正确性、稳定性，完成反步自适应控制。

本发明的特点还在于：

步骤1中利用SoildWorks对机械臂三维建模并导入Matlab生成可视化模型具体按照以下步骤实施：

步骤1.1.1，在SoildWorks建立三维模型，将每个关节之间的配合约束成重合和同轴，将装配体的初始状态配置成建立DH参数的状态；

步骤1.1.2，打开三维建模装配体，在工具栏内点击Simscape Multibody Link内的Export生成MATLAB可以读取的step和xml格式文件，导出xml格式文件，在MATLAB命令窗口中输入指令:smimport(‘文件名.xml’)；生成Simscape物理模型。

步骤1中建立六轴机械臂单关节的动力学模型具体按照以下步骤实施：

步骤1.2.1，建立六轴机械臂单关节的动力学模型如下：

式中：θ表示机械臂关节的位置，表示其速度，表示其加速度；m表示机械臂的质量，g表示重力加速度，l为机械臂质心到连杆处的距离，并设M＝mgl；J表示转动惯量，F表示粘滞摩擦系数；τ表示由电机输出的驱动力矩，同时是该机械臂的输入信号；其中M，F为不确定参数；

此时新的六轴机械臂单关节的动力学模型为：

步骤1.2.2，利用步骤1.2.1的六轴机械臂单关节的动力学模型，建立六轴机械臂单关节的动力学模型的状态方程形式如下：