[发明专利]一种机械臂的H∞控制方法

说明书

本发明公开了一种机械臂的H∞控制方法，构建缩比实物模型，对其进行动力学建模和分析；采用扩展矩阵多面体方法表示模型的不确定性，进一步用线性分时变换表示该不确定性；再用非线性状态反馈减少模型的非线性并得到虚拟线性系统，同时通过线性状态反馈减弱外部干扰；最后通过合理的假设缩比实物模型的物理参数，选择合适的加权函数w_s，利用D‑K迭代法，得到不同振荡模式对应的鲁棒控制器。该机械臂的H∞控制方法，在存在外部振荡干扰和模型不确定性的情况下，成功的实现对机械臂目标轨迹的跟踪控制，避免了机械系统在工作中会受到基础振荡和底部柔性结构振动而产生干扰和影响。

技术领域

本发明涉及鲁棒控制系统技术领域，具体为一种机械臂的H∞控制方法。

背景技术

近年来，从海洋中获取能源，矿产和食品资源的重要性越来越高，使得对海洋机械系统性能的要求也愈来愈高，例如高可操作性，准确性，效率和操作安全性，但是，由于波浪、潮汐和风的影响，在许多海上控制应用场景中，机械系统要跟踪的理想轨迹会受到振荡的强烈影响。

大口径陆战武器弹药自动装填系统中的弹药传输机械臂是弹药自动装填系统中的重要部件，对弹药自动装填系统的整体性能具有很大的影响，机械臂接收自动弹仓内被推弹器所推出来的弹丸或者模块药，将弹丸或者模块药传送到输弹线上，再由输弹机将弹丸或者模块药送入炮膛，并且在这一操作需要在其行进的过程中完成。

这类机械臂的动力学特性在受到自身非线性力的同时，还会受到基础振荡所带来的强烈影响。

通常情况下，根据是否存在外部振荡干扰，可以将机械臂模型分为以下两类：

1.模型中真实存在外部振荡干扰；

2.系统固有的柔性结构，机械臂的运动会引起底部柔性结构产生振动。

为此，本发明针对上述问题以及为了简化计算和分析，提出一种两自由度机械臂模型以及基于该模型的鲁棒H∞控制方法。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术中机械系统很容易受到波动引起基本振荡和底部柔性结构产生振动影响的不足，本发明提供了一种机械臂的H∞控制方法，具备在存在外部振荡干扰和模型不确定性的情况下，成功的实现对机械臂目标轨迹的跟踪控制等优点，解决了上述背景技术中所提出的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种机械臂的H∞控制方法，包括以下步骤：

构建缩比实物模型，对其进行动力学建模和分析；

采用扩展矩阵多面体方法表示模型的不确定性，进一步用线性分时变换表示该不确定性；

再用非线性状态反馈减少模型的非线性并得到虚拟线性系统，同时通过线性状态反馈减弱外部干扰；

最后通过合理的假设缩比实物模型的物理参数，选择合适的加权函数w_s，利用D-K迭代法，得到不同振荡模式对应的鲁棒控制器。

优选的，缩比实物模型由两自由度机械臂和单自由度振荡基底组成，基底相对于原点做单自由度旋转运动，机械臂相对于振荡基底做起伏和摇摆运动。

优选的，两自由度机械臂关节末端载荷的变化会引起整个模型物理参数摄动，利用三种不同幅值和频率的正弦运动的线性组合来模拟基础振荡。

优选的，三种基础振荡模式包括单频振荡模式、双频振荡模式和模拟海浪频谱规律的震荡模式。

优选的，在虚拟线性中，对系统影响最大的惯性矩阵的不确定性采用显式建模。