[发明专利]一种基于约束跟踪的机械系统追踪-逃避-达点控制方法

说明书

本发明公开了一种基于约束跟踪的机械系统追踪‑逃避‑达点控制方法，基于拉格朗日建模方法，建立受控系统动力学模型；建立追逃约束和到达约束数学模型，分别将两种约束的控制目标转化成伺服约束，确定对应的约束矩阵、约束向量和约束跟踪误差；基于受控系统动力学模型，确定综合描述系统不确定性界值的函数，结合约束跟踪误差，构建自适应律；基于约束矩阵、约束向量和伺服约束跟踪误差，结合自适应律，构建自适应鲁棒控制器，对受控系统进行追踪‑逃避‑达点控制。本发明能够从约束跟踪的角度解决传统追逃问题，提高了控制精度和控制效率。

技术领域

本发明涉及机械动力学以及控制领域，具体涉及一种基于约束跟踪的机械系统追踪-逃避-达点控制方法。

背景技术

目前对于逃避问题，常常被表述成追逃问题，并且经常与避撞控制一起提及。而且过去的追逃问题解决方法比较单一，常常被当做一个单纯的追逐或者逃避问题而被解决，而没有让它们同时到达一个特定的目标地点。同时，目前对该类问题的控制方法大多只能选定单一的控制目标，一旦控制目标改变，就需要对整个控制架构进行重新架构，控制效率和控制灵活性不足。而且由于该系统也具有不确定干扰，因此有必要加入到达约束，开发一种针对机械系统追踪-逃避-到达问题的，灵活性更强、精准度更高、抗时变不确定性干扰的运动控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于约束跟踪的机械系统追踪-逃避-达点控制方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于约束跟踪的机械系统追踪-逃避-达点控制方法，包括以下步骤：

步骤1，基于拉格朗日建模方法，建立受控系统动力学模型；

步骤2，建立追逃约束和到达约束数学模型，分别将两种约束的控制目标转化成伺服约束，确定对应的约束矩阵、约束向量和约束跟踪误差；

步骤3，基于步骤1的受控系统动力学模型，确定综合描述系统不确定性界值的函数，结合步骤2构建的约束跟踪误差，构建自适应律；

步骤4，基于步骤2构建的约束矩阵、约束向量和伺服约束跟踪误差，结合自适应律，构建自适应鲁棒控制器，对步骤1的受控系统进行追踪-逃避-达点控制。

进一步的，步骤1中，基于拉格朗日建模方法，建立受控系统动力学模型，具体方法为：

基于拉格朗日建模方法，建立受控系统动力学模型：

其中是不确定性，t表示时间，q(t)∈Rⁿ表示坐标，其为时间的函数，对应的分别为速度与加速度，后面为了书写简便，统一省略t，M(q,σ,t)是惯性矩阵，是科里奥利离心力，g(q,σ,t)是重力，是摩擦力及其他外部的干扰，τ∈R^h是控制输入力矩；

针对系统的不确定性处理问题，对该模型进行分解，把其动力学模型分解成标称部分和不确定部分：

其中是标称部分，ΔM(·)，ΔC(·)，Δg(·)，ΔF(·)为不确定部分。

进一步的，步骤2中，建立追逃约束和到达约束数学模型，分别将两种约束的控制目标转化成伺服约束，确定对应的约束矩阵、约束向量和约束跟踪误差，具体方法为：

(一)对于追逃约束

定义函数：

其中：