[发明专利]一种基于干扰观测器的机器人关节系统控制方法及系统

权利要求书

1.一种基于干扰观测器的机器人关节系统控制方法，其特征在于，所述方法包括：

建立机器人关节系统的动力学数学模型；

根据所述机器人关节系统的动力学数学模型，建立所述机器人关节系统的干扰观测器，对所述机器人关节系统未知扰动信号的可观测部分进行观测以及补偿；

根据径向基RBF神经网络对所述未知扰动信号的不可观测部分进行模拟近似，并根据模拟近似得到的近似结果，设计反演滑模控制器；

通过所述反演滑模控制器，控制所述机器人关节系统按照预设输入系数进行运动。

2.根据权利要求1所述的基于干扰观测器的机器人关节系统控制方法，其特征在于，所述建立机器人关节系统的动力学数学模型，包括：

根据下述式(1)，建立机器人关节系统的动力学数学模型：

其中，f为可观测的干扰信号，ΔC(q)为所述机器人关节系统的建模误差和参数变化；ΔM(q)为系统运动过程中惯性矩阵的摄动；为系统运动过程中离心力与哥氏力项的摄动；ΔG(q)为系统运动过程中重力项的摄动；d为外加干扰信号；

或者，根据下述式(2)，建立机器人关节系统的动力学数学模型：

其中，q为关节的角度，为关节的角速度，为关节的角加速度，τ为所述机器人关节系统的预设输入系数，M(q)为惯性矩阵，为离心力和哥氏力项，G(q)为重力项，y为输出的角度向量，y＝q；M₀(q)为系统惯性矩阵名义模型；为离心力与哥氏力项名义模型；G₀(q)为重力项名义模型。

3.根据权利要求1所述的基于干扰观测器的机器人关节系统控制方法，其特征在于，所述根据所述机器人关节系统的动力学数学模型，建立所述机器人关节系统的干扰观测器，包括：

将所述机器人关节系统的动力学数学模型转换成状态空间方程形式；

基于所述状态空间方程形式，设计所述干扰观测器。

4.根据权利要求3所述的基于干扰观测器的机器人关节系统控制方法，其特征在于，所述将所述机器人关节系统的动力学数学模型转换成状态空间方程形式，包括：

定义x₁＝q，

所述状态空间方程表达式如下式(3)：

所述基于所述状态空间方程形式，设计所述干扰观测器，包括：

将干扰观测器设计如下式(4)：

其中，是f的估计值；是观测增益矩阵，满足为待设计的干扰观测器的非线性函数。

5.根据权利要求4所述的基于干扰观测器的机器人关节系统控制方法，其特征在于，采用干扰观测器后，所述状态空间方程表达式为：

其中，τ'为神经网络反演滑模控制率，f'为所述未知扰动信号的不可观测部分。

6.根据权利要求4所述的基于干扰观测器的机器人关节系统控制方法，其特征在于，还包括：

定义辅助参数向量如下式(5)：