[发明专利]一种多自由度上肢康复机器人的位置跟踪控制方法

权利要求书

1.一种多自由度上肢康复机器人的位置跟踪控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、采用拉格朗日法建立具有多扰动的n自由度上肢康复机械臂的动力学方程，根据动力学方程设置跟踪误差信号设计控制律并将控制率代入至动力学方程中，得到反馈控制率；

S2、设计滑膜函数并进行稳定性证明，求得力矩的控制律；

S3、基于HJI理论进行滑模控制设计；

S4、设计模糊滑模控制策略；

S5、设计自适应控制器；

S6、进行系统稳定性分析。

2.如权利要求1所述的多自由度上肢康复机器人的位置跟踪控制方法，其特征在于，步骤S1步骤具体如下：

S11、采用拉格朗日法建立具有多扰动的n自由度上肢康复机械臂的动力学方程：

其中，q、和分别表示机械臂的关节位置、速度和加速度矢量，M(q)表示n*n阶正定质量惯性矩阵，为哥氏力/离心力矢量，G(q)为重力，τ为控制输入力矩，D为不确定干扰项；

S12、根据所述动力学方程设置跟踪误差信号方程：e＝q-q_d；

其中，q_d为输入的期望位置，q为实际的位置输出，设计控制律为：

将该控制率代入至动力学方程中，得到反馈控制率

3.如权利要求2所述的多自由度上肢康复机器人的位置跟踪控制方法，其特征在于，步骤S2步骤具体如下：

设计滑膜函数：采用Lyapunov函数对进行稳定性证明，求得力矩的控制律，其中，Lyapunov函数为：

求得的力矩控制律为：

即其中

Γ＝diag(γ₁，γ₂，...γ_n)，γ_i＞0，取使得只有当s＝0时得出t→∞，s→0。

4.如权利要求3所述的多自由度上肢康复机器人的位置跟踪控制方法，其特征在于，步骤S3步骤具体如下：

基于HJI理论设计建立滑模控制函数：

其中，d为干扰，z是系统的评价信号，d有如下指标定义：

其中，J表示了系统的抗干扰性能指标，J值越小鲁棒控制能力越强，将滑模控制函数改写成

其中，结合HJI不等式，确定

修正反馈控制率为：

5.如权利要求4所述的多自由度上肢康复机器人的位置跟踪控制方法，其特征在于，步骤S4步骤具体如下：

考虑系统干扰项D设计模糊滑模控制律：

其中，为D的估计值；D的估计误差为αs用于评价系统的性能和稳定性，K_Ds是模糊控制器经过模糊处理后的针对于干扰项的输出，用以保证滑模面的到达条件和收敛速度；定义模糊控制的趋近项为

β＝-αs-K_Ds，

为平衡系统的稳定性，当s较大时取K_Ds的较大值，当s较小时取K_Ds的较小值；根据以上分析后设计模糊控制器的模糊规则如下：

If s is A^m then K_Ds is B^m

其中，A^m对应为输入的模糊集，B^m对应了输出的模糊集，分别定义为：NB、NM、NS、ZE、PS、PM、PB分别表示负大、负中、负小、零、正小、正中和正大，

s＝{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}

K_Ds＝{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}。

6.如权利要求5所述的多自由度上肢康复机器人的位置跟踪控制方法，其特征在于，步骤S5步骤具体如下：

针对系统的干扰项，参考滑模函数中设计Lyapunov函数进一步补充为稳定判别式：

设计自适应律为

7.如权利要求6所述的多自由度上肢康复机器人的位置跟踪控制方法，其特征在于，步骤S6步骤具体如下：

根据HJI理论定义得出表达式：

结合步骤S5中所定义的Lyapunov函数得如下表达式：

表达式满足以下要求：

得出H≤0，根据HJI微分不等式理论，得出J≤γ，表示系统稳定。