[发明专利]一种受限机械臂固定时间自适应参数辨识、控制方法及装置

权利要求书

1.一种受限机械臂固定时间自适应参数辨识、控制方法，其特征在于，所述方法包括：

构建考虑机械臂关节位置跟踪误差受限的动力学模型；

获取当前机械臂关节的位置及速度数据，并将所述位置及速度数据与机械臂未知参数估计误差的历史数据信息相结合，设计参数预测误差；

构建非奇异快速积分终端滑模面及辅助变量，结合所述的参数预测误差，设计并计算参数更新律；

基于所述参数更新律更新参数估计值，进而计算基于非奇异快速积分终端滑模面的固定时间控制力矩值，以通过控制力矩驱动机械臂按预定轨迹运动，并保证机械臂关节位置跟踪误差一直限制在预定界限内；

在系统设定的时间未结束时，获取下一时间为当前时间，继续获取机械臂关节位置及速度数据，重复上述步骤。

2.如权利要求1所述的受限机械臂固定时间自适应参数辨识及控制方法，其特征在于，所述考虑机械臂关节位置跟踪误差受限的动力学模型，通过以下步骤和方法构建：

建立不考虑关节位置误差受限的机械臂动力学模型；

其中，不考虑关节位置误差受限的机械臂动力学模型如下所示：

式中：q(t)＝[q₁(t),q₂(t),...q_n(t)]代表n自由度机械臂关节位置向量，代表正定惯性矩阵，代表离心力与哥氏力矩阵，代表粘滞摩擦力矩，代表重力力矩，代表控制力矩，分别代表机械臂关节位置、速度和加速度；

设计误差转换函数；

其中，误差转换函数设计如下：

式中：e_i为跟踪误差e的第i个元素，i＝1,2,...,n，e＝q-q_d，q_d为机械臂关节位置期望轨迹，k_i和l_i均为正常数；

设计与初始条件无关的非对称障碍函数，并对其进行求导；

其中，与初始条件无关的非对称障碍函数设计如下：

式中：φ_ai(t)和φ_bi(t)为时变函数，t为时间，满足φ_ai(t)＞0，φ_bi(t)＞0，φ_ai(0)＝φ_bi(0)＝k_i；

对非对称障碍函数求导可得：

其中：

将写成紧凑形式为：

式中：

将所述误差转换函数及所述与初始条件无关的非对称障碍函数的导数，代入所述不考虑关节位置误差受限的机械臂动力学模型，得到考虑关节位置跟踪误差受限的机械臂动力学模型；

其中，考虑关节位置跟踪误差受限的机械臂动力学模型如下：

式中：

式中：为使动力学模型线性参数化等式成立的任意辅助向量，为ξ的导数，为机械臂关节位置跟踪误差受限后对应的动态回归矩阵，为的转置，θ为机械臂未知参数向量。

3.如权利要求2所述的受限机械臂固定时间自适应参数辨识及控制方法，其特征在于，设计的所述非对称障碍函数无需对系统初始误差条件进行限制，能够实现全局控制性能。

4.如权利要求1所述的受限机械臂固定时间自适应参数辨识及控制方法，其特征在于，所述参数预测误差，通过以下步骤和方法获得：

构建改进激励矩阵；

其中，改进激励矩阵构建如下：

式中：为改进激励矩阵，Φ(t)为激励矩阵，T_e为使区间激励条件成立的时间上边界；

根据所述改进激励矩阵，设计参数预测误差；

其中，参数预测误差设计如下：

式中：ε(t)为参数预测误差，为未知参数估计误差，定义为为机械臂未知参数向量θ的估计值。

5.如权利要求4所述的受限机械臂固定时间自适应参数辨识及控制方法，其特征在于，所述改进激励矩阵基于对机械臂模型动态的回归矩阵积分获得，所述回归矩阵通过对机械臂动力学模型进行线性参数化处理获得。