[发明专利]一种基于转动和滑动分离的液压机械臂的建模和控制方法

权利要求书

1.一种基于转动和滑动分离的液压机械臂的建模和控制方法，其特征在于它包括以下步骤：

步骤S1，建模时把液压机械臂液压缸内部的滑动和关节铰接处的转动分开建模，基于分别建模的方式，将液压机械臂液压缸内部的滑动和关节铰接处的转动建立液压机械臂的数学模型，此时的数学模型表示为：

其中，J为转动惯量，质量与回转半径的平方的乘积并且为定值为偏导数；表示液压缸内部的滑动摩擦，表示机械臂铰接处关节内部的摩擦，D₁表示建模误差，F_L为液压缸负载产生的力；表示广义角度q对时间的二阶导数为角加速度；表示广义角度q对时间求一阶导数，这两个量均通过滤波得到；

步骤S2，基于数学模型中的已知参数，列出关于q的状态空间方程，并且将数学模型的参数线性化，定义

B＝A₁/V₁，C＝A₂/V₂，

线性化结果表示为：

其中，ΔD_F、ΔD_Q代表建模误差，D_1n、D_21n、D_22n代表名义建模误差，A₁为有杆腔的面积，A₂为无杆腔的面积，V₁为有杆腔的体积，V₂为无杆腔的体积；β_e为弹性模量；

步骤S3，基于模型参数线性化和数学模型设计误差动力学，

定义：z₁＝q-q_d，

z₃＝F_L-F_Ld；

步骤S4，设计自适应鲁棒控制器，更新θ使得更接近于真实值，其中Proj_θ(·)表示不连续的投影。

2.根据权利要求1所述的基于转动和滑动分离的液压机械臂的建模和控制方法，其特征在于,步骤S3中还包括设计F_Ld控制律，其控制律表示为：

并且F_Ld＝F_Lda+F_Lds1。

3.根据权利要求2所述的基于转动和滑动分离的液压机械臂的建模和控制方法，其特征在于,步骤S3中还包括求解z₂的误差动力学：

其中是一个1×7的矩阵，

4.根据权利要求2所述的基于转动和滑动分离的液压机械臂的建模和控制方法，其特征在于,步骤S3中还包括由z₂的误差动力学来求解z₃的误差动力学，

5.根据权利要求2所述的基于转动和滑动分离的液压机械臂的建模和控制方法，其特征在于,步骤S3中还包括由求解Q_L的控制律：

Q_ld的控制律表示为Q_Ld＝Q_Lda+Q_Lds1，

其中Q_Ld＝Q_Lda+Q_Lds1，

6.根据权利要求2所述的基于转动和滑动分离的液压机械臂的建模和控制方法，其特征在于,步骤S3中还包括由上述的Q_Ld和F_Ld设计z₃的误差动力学：

其中，k_3s1为比例系数，ω₁，ω₂为权重系数，是一个1×7的矩阵，

的参数线性表示为：

7.根据权利要求2所述的基于转动和滑动分离的液压机械臂的建模和控制方法，其特征在于,步骤S3中还包括对未知参数θ的在线估计过程，并且是一个无限接近于真实值的过程，θ是是一个有上下界范围的量，通过参数自适应的方式通过外部传感器的反馈调节θ的值，使θ的值无限接近于真实值，合成τ的自适应参数，τ＝τ₁+τ₂＝ω₁Φ_m1z₂+ω₂φ_m2z₃。