[发明专利]一种可重构机械臂子系统的控制方法及系统

说明书

本发明涉及一种可重构机械臂子系统的控制方法及系统。所述方法包括：基于可重构机械臂子系统的基础参数构建动力学模型；根据动力学模型确定动力学模型的状态空间表达式；基于可重构机械臂子系统的效用函数和控制策略确定动力学模型的代价函数；采用扩张状态观测器对状态空间表达式进行观测得到动力学模型补偿控制力矩表达式；采用神经网络对交联耦合项进行补偿得到交联项辨识控制力矩表达式；对代价函数依次采用逼近和求偏导的处理方法得到最优补偿控制力矩表达式；并根据三个表达式确定最终控制力矩表达式。本发明可以得到最优控制力矩，保证在未知环境约束的情况下机械臂有较高的跟踪精度，可以实现轨迹以及力的精确控制。

技术领域

本发明涉及可重构机械臂领域，特别是涉及一种可重构机械臂子系统的控制方法及系统。

背景技术

可重构机械臂能够按照任务需求的不同将本身的构形进行二次组合或配置，呈现出大多数机械臂缺少的性质。“模块化”和“可重构”是对于可重构机械臂设计的两大基本要求，其主要思想是将一个复杂的机械臂系统划分成若干个可维护性和便捷性较高的子系统，进而使机械臂系统的开发和设计时间有效缩短。可重构机械臂系统在执行力/位置作业的场合下无法避免的要在未知环境约束条件下进行工作，同时要对系统的节能性、精准性、鲁棒性及稳定性等进行综合考量，所以，如果环境信息无法确定，那么选取的控制策略是否合适是非常重要的。

在现代控制理论中，最主要的就是最优控制，其主要核心思想就是：要选取最优控制策略让系统中的性能指标达到理想化状态。就可重构机械臂子系统而言，现有方法采用无模型自适应控制方法求取控制策略，确保了可重构机械臂子系统的稳定性，但是因为可重构机械臂子系统过于复杂，且其内在规律难以了解，导致通过无模型自适应控制方法得到的控制策略并不是最优的。

发明内容

本发明的目的是提供一种可重构机械臂子系统的控制方法及系统，可以得到最优控制力矩，保证在未知环境约束的情况下机械臂有较高的跟踪精度，可以实现轨迹以及力的精确控制。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种可重构机械臂子系统的控制方法，包括：

基于可重构机械臂子系统的基础参数构建动力学模型；所述基础参数包括加速度、速度、交联耦合项、模型工作环境、控制力矩和接触力矩；

根据所述动力学模型确定所述动力学模型的状态空间表达式；

基于所述可重构机械臂子系统的效用函数和控制策略确定所述动力学模型的代价函数；所述效用函数为根据所述位置和所述控制力矩建立的；

采用扩张状态观测器对所述状态空间表达式进行观测得到动力学模型补偿控制力矩表达式；

采用神经网络对所述交联耦合项进行补偿得到交联项辨识控制力矩表达式；

对所述代价函数依次采用逼近和求偏导的处理方法得到最优补偿控制力矩表达式；

根据所述动力学模型补偿控制力矩表达式、所述交联项辨识控制力矩表达式和所述最优补偿控制力矩表达式确定最终控制力矩表达式，并根据所述最终控制表达式对所述可重构机械臂子系统进行控制。

可选的，所述采用扩张状态观测器对所述状态空间表达式进行观测得到动力学模型补偿控制力矩表达式，具体包括：

基于扩张状态观测器的构建方法，对所述状态空间表达式进行处理得到处理后的状态空间表达式；

根据所述处理后的状态空间表达式构造第一扩张状态观测模型；

根据所述处理后的状态空间表达式和所述第一扩张状态观测模型确定观测误差的动力学方程；