[发明专利]基于事件触发的单连杆机械臂系统实际跟踪的控制方法

说明书

本发明公开了基于事件触发的单连杆机械臂系统实际跟踪的控制方法。该方法通过确定具有旋转弹性关节的单连杆机械臂系统的数学模型，通过选择合适的状态以及对未知有界扰动和跟踪轨线进行合适的约束将系统转化为下三角形式；然后给出了高增益观测器并提出了基于事件触发机制的控制器；最后通过结合反证法、构造Lyapunov函数的方法验证系统的有界性以及跟踪特性，减少了系统的保守性；最后，仿真例子验证了该方法的有效性。该方法能对非线性机械臂系统进行有效控制，使其能够跟踪特定轨线运行且跟踪误差保持在预先设定的范围内，并且可以减少不必要的信息传输，节约带宽资源以及能在一定程度上减少马达的磨损，更符合实际的需要。

技术领域

本发明属于控制理论与控制工程领域，涉及基于事件触发的单连杆机械臂系统实际跟踪的控制方法，具体涉及一种基于事件触发的具有有界扰动的单连杆机械臂系统实际跟踪的控制方法。

背景技术

随着科学技术不断向智能化方向发展，机器人应用领域不断拓展和深化，工业机器人已成为一种高新技术产业，为工业自动化水平发挥了巨大作用。机器人是先进制造技术和自动化装备的典型代表，是人造机器的“终极”代表，涉及到机械、电子、自动控制、计算机、人工智能、传感器、通讯与网络等多个学科和领域，是多种高新技术发展成果的综合集成，因此它的发展与众多学科发展密切相关。机械臂作为工业机器人的一种典型代表，能模仿人手和臂的某些动作功能，是一种以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动，以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

自适应技术是研究非线性系统的有效方法之一。在日常生活中，所谓自适应是指生物能改变自己的习性以适应新的环境的一种特征。因此，直观地讲，自适应控制器应当是这样一种控制器，它能修正自己的特性以适应对象和扰动的动态特性的变化。自适应控制的研究对象是具有一定程度不确定性的系统，这里所谓的“不确定性”是指描述被控对象及其环境的数学模型不是完全确定的，其中包含一些未知因素和随机因素。总之，自适应技术是通过时变的动态增益来解决系统中的“不确定性”，体现了“以动制动”的思想。

所谓实际跟踪就是希望系统的输出按照预先设定的形式运行，但由于实际系统不可避免的存在各种干扰，因此系统的输出不可能复现预先设定的形式，但可以要求系统的输出与预先设计的形式的误差在一定可以接受的范围内。实际跟踪在实际生活中有很多的应用，例如智能车按照预定的轨线前行以及最常见的无人机按照预定的方式进行编队变换等，因此研究机械臂系统的实际跟踪是有必要的。

事件触发机制是一种新型的控制策略，只有当特定的事件发生时，其控制任务才会被执行，这不同于传统的周期控制，其控制任务是周期执行的。典型的事件触发机制的设计核心就是保持系统的稳定性和性能，也就是说只有当系统的稳定性和性能有要求的时候，传感器才会对系统的状态或者输出进行采样和传输并更新控制信号，因此事件触发控制能在保持系统的稳定性和性能的情况下相应地减少对计算机资源的浪费。因此在实际机械臂系统中为了减少马达的磨损，设计基于事件触发机制的控制器方案是有必要的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了基于事件触发的单连杆机械臂系统实际跟踪的控制方法，利用自适应技术提出一种基于事件触发机制的输出反馈实际跟踪的控制方法，通过构造事件触发条件和设计事件触发控制器，减少浪费机械臂运行时的有限资源以及降低马达磨损，实现机械臂的实际跟踪。

基于事件触发的单连杆机械臂系统实际跟踪的控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、建立系统空间状态模型。

根据牛顿定理以及相关的物理学原理，对单连杆机械臂系统进行分析，建立系统的动态描述方程：