[发明专利]基于事件触发机制的遥操作系统分数阶滑模同步控制方法

权利要求书

1.一种基于事件触发机制的遥操作系统分数阶滑模同步控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、考虑外部扰动和参数不确定性，建立遥操作系统动力学模型，所述动力学模型为：

其中：分别表示机器人n个关节的广义位移、速度和加速度；M_i(q_i)表示系统的正定惯性矩阵；表示系统的科里奥利力和离心力矩阵；G_i(q_i)表示系统的重力力矩；F_h,F_e∈Rⁿ分别表示操作者施加的外力和环境施加的外力；τ_i∈Rⁿ表示广义输入力矩；表示未知外部干扰；i＝m,s，m表示主机器人，s表示从机器人；

M_i(q_i)、和G_i(q_i)存在着：

其中：M_oi(q_i)表示系统正定惯性矩阵的标称值；表示系统科里奥利力和离心力矩阵的标称值；G_oi(q_i)表示系统重力力矩的标称值；ΔM_i(q_i)表示系统正定惯性矩阵的参数变化；表示系统科里奥利力和离心力矩阵的参数变化；ΔG_i(q_i)表示系统重力力矩的参数变化；

同时，满足：

其中：表示一个未知正数；

令：

其中：表示主机器人参数矩阵；表示从机器人参数矩阵；

和是有界的且满足：

其中：κ_m表示的上界，κ_s表示的上界，b_0i,b_1i,b_2i(i＝m,s)为正常数；

因此，系统模型(1)式重新表示为：

S2、选取主机器人和从机器人，通过通信网络交互组建遥操作系统，再分别测量主、从机器人连杆的质量和长度信息及其实时的机器人位置信息，确定动力学模型的系统参数；

S3、利用主机器人和从机器人的位置跟踪误差与Riemann-Liouville分数阶微积分设计分数阶非奇异快速终端滑模面方程；

S4、设定主机器人和从机器人信息交互的触发事件条件，同时基于滑模设计能够补偿测量误差、消除系统不确定性影响的自适应分数阶非奇异快速终端滑模控制器，使得控制器能够避免芝诺现象，并进行稳定性分析，证明系统闭环状态信号的有界性，从机器人能在有限时间内跟踪主机器人运动，实现遥操作系统的同步控制；

所述步骤S4中所述触发事件条件如下：

其中：z_i(t)表示测量误差，z_i(t)＝[z_i1,z_i2,…,z_in]^T且z_i(t)＝u_i(t)-τ_i(t)；τ_i(t)表示遥操作系统的广义输入力矩，τ_i(t)＝[τ_i1,τ_i2,…,τ_in]^T；b_i表示正定矩阵，b_i＝[b_i1,b_i2,…,b_in]^T∈Rⁿ；u_i(t)表示事件触发机制下的实际控制器，u_i(t)＝[u_i1,u_i2,…,u_in]^T；表示控制器更新时间；

在时间段控制信号保持常值不变，直到上述事件触发机制的最小内部时间严格大于0，能排除芝诺行为的发生；

基于所设计的滑模面，实际的控制器被选择为：

τ_i(t)＝u_i(t)-λ_i(t)b_i (11)

其中：λ_i(t)表示连续时变参数，满足条件和

设计所述自适应分数阶非奇异快速终端滑模控制器为：

其中：表示正定矩阵，且满足常数表示正定矩阵，且满足常数ε_m,ε_s表示要设计的正常数；Θ_i表示正定对角矩阵，Θ_i＝diag[θ_i1,θ_i2,…,θ_in]且满足常数θ_ij＞0(j＝1,2,…,n)；μ表示需设计的正常数且满足μ∈(0,1)；表示上界的估计值，表示上界的估计值，变量分别表示参数b_0i,b_1i,b_2i的估计值；

设计自适应律为：

其中：Λ_0i,Λ_1i,Λ_2i表示正常数；

选取Lyapunov函数：

其中：V表示Lyapunov函数；V₁表示第一Lyapunov函数；V₂表示第二Lyapunov函数；表示自适应估计误差，j＝1,2,…,n；

通过稳定性分析，保证非线性不确定遥操作系统的有限时间稳定运行。