[发明专利]一种基于离散时延估计的机械手轨迹跟踪控制方法

摘要

本发明公开一种基于离散时延估计的机械手轨迹跟踪控制方法。该方法应用离散时延估计技术估算机械手闭环控制系统的集总动态，而后用于闭环控制系统的动态补偿，使得控制器用于调节系统期望响应动态部分所需控制增益被大幅降低，有效地提高了系统的鲁棒性。离散时延估计技术不依赖于系统动力学模型，易于实际应用。同时相对于传统连续性时延估计技术，离散时延估计技术无需系统状态的加速度信息，从原理上有效抑制了传统连续性时延估计技术对噪声的放大作用，继而更加有利于实际应用。另外，本发明所公开的控制方法无需期望信号和系统状态信息预测的预测值，更加易于工程应用。

主权项

1.一种基于离散时延估计的机械手轨迹跟踪控制方法，用以控制n自由度串联机械手，其中n为大于1的整数，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立n自由度机械手动力学方程：其中是惯性矩阵，向心力和哥氏力矢量，是重力矢量，是机械手各驱动关节摩擦力矢量，为集总外干扰矢量，为各关节执行器广义输出向量，单位为N/N·m；(2)执行器输出力矩与输入控制信号直接关系为τ＝k_vχ(u),其中u是控制信号输入，对于机械手来说u为关节驱动电机的控制电压或电流，且上式对于电压控制和电流控制均适用，kv是增益系数对角矩阵，Δ1,Δ2是执行器死区，单位与输入控制信号u保持一致；将上式中执行器输出力矩与输入控制信号直接关系重新写为如下形式其中代表所有不含控制信号的项，其具体表达式为(3)将步骤(1)中所给机械手动力学方程重新书写如下其中M_k＝k_v^‑1M(q),(4)为了应用离散时延估计技术，将上述形式的动力学方程离散化，得到其中T为系统状态量的采样周期，(5)由步骤(4)可得新形式下的机械手动力学方程如下其中是待设计的控制参数，其值选取过程是从一个较小值逐步增大直到控制效果较为满意，且如果继续增大控制效果反而下滑时即可；(6)定义轨迹跟踪误差及其导数为则设计的基于离散时延估计技术的控制算法如下：其中K_D,K_P是待定控制参数，是H₁(k)的估算值，其具体估算法方法如下，(7)采用离散时延估计技术估算H₁(k)以得到其中η是时延量；这里取η＝1；(8)结合步骤(6)和步骤(7)所得结果，得到基于离散时延估计的机械手轨迹跟踪控制方法：其中为等效控制参数。