【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及機(jī)器人，具體涉及一種適用于機(jī)械臂系統(tǒng)預(yù)設(shè)性能的自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)容錯控制方法。
技術(shù)介紹
1、高階非線性系統(tǒng)通常具有復(fù)雜的動態(tài)行為和非線性特性，因此這類系統(tǒng)的控制設(shè)計是一個具有挑戰(zhàn)性的問題。在過去的時間里，陳勇等對迭代學(xué)習(xí)控制(ilc)方法在處理高階非線性系統(tǒng)進(jìn)行了研究。然而，傳統(tǒng)的ilc算法往往對系統(tǒng)模型有嚴(yán)格的假設(shè)和限制，這使得ilc方法在面對非線性系統(tǒng)時面臨很大的困難。
2、最近，bechlioulis等人提出了一種稱為預(yù)設(shè)性能控制(ppc)的新方法，該方法能夠滿足輸出誤差瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)行為的預(yù)定義邊界。當(dāng)前自適應(yīng)學(xué)習(xí)控制方法的進(jìn)展已被應(yīng)用于解決高階非線性系統(tǒng)的規(guī)定性能控制。石曉寧等解決了受全狀態(tài)限制約束的未知非線性系統(tǒng)的預(yù)定性能控制問題。隋帥等研究了具有有限時間規(guī)定性能的隨機(jī)非線性系統(tǒng)的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)反演控制設(shè)計問題，并針對非嚴(yán)格反饋隨機(jī)高階非線性系統(tǒng)的誤差約束有限時間模糊自適應(yīng)控制也展開了研究。近年來，張金喜等人在具有執(zhí)行器故障的非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)預(yù)設(shè)性能控制方面取得了許多進(jìn)展，并研究出了一種適用于對引入不確定非線性系統(tǒng)的狀態(tài)反饋容錯控制方法，該方法具有控制方向未知、復(fù)雜度最小的特點，可以達(dá)到規(guī)定的跟蹤性能。胡慶雷等討論了慣性參數(shù)未知、意外干擾、作動器失效和輸入飽和條件下的姿態(tài)跟蹤控制問題的解決，保證了預(yù)設(shè)性能的實現(xiàn)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)的容錯控制方法，在相同初始條件下解
2、本專利技術(shù)的技術(shù)方案為：
3、一種機(jī)械臂系統(tǒng)預(yù)設(shè)性能的自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)容錯控制方法，包括如下步驟：
4、s1、建立具有執(zhí)行器故障的機(jī)械臂動力學(xué)模型；
5、s2、定義預(yù)設(shè)性能函數(shù)和第一階子系統(tǒng)坐標(biāo)變換；
6、s3、構(gòu)造李雅普諾夫函數(shù)，設(shè)計虛擬控制器和自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)律；
7、s4、定義第二階子系統(tǒng)坐標(biāo)變換；
8、s5、構(gòu)造李雅普諾夫函數(shù)，設(shè)計控制輸入信號和自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)律。
9、步驟s1中、建立具有執(zhí)行器故障的機(jī)械臂動力學(xué)模型：
10、
11、其中，k表示迭代次數(shù)，表示機(jī)械臂系統(tǒng)剛性連桿的角度；表示機(jī)械臂系統(tǒng)剛性連接的角速度；表示機(jī)械臂系統(tǒng)剛性連桿的角加速度；uk表示機(jī)械臂系統(tǒng)剛性連桿的輸入；yk表示機(jī)械臂系統(tǒng)剛性連桿的輸出；j為伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量；d為未知阻尼系數(shù)；m為連桿質(zhì)量；l為關(guān)節(jié)軸到質(zhì)心的距離；g為重力加速度。
12、步驟s2中、定義預(yù)設(shè)性能函數(shù)和第一階子系統(tǒng)坐標(biāo)變換：
13、步驟s21：根據(jù)預(yù)設(shè)性能控制方法，首先定義跟蹤誤差:
14、
15、其中，是期望的跟蹤軌跡。
16、接著采用性能函數(shù)對誤差進(jìn)行約束：
17、
18、其中，是超調(diào)量抑制參數(shù)。
19、定義正的且光滑的衰減性能函數(shù)：
20、
21、其中，l∞＞l0＞0和l均為正的待設(shè)計參數(shù)。
22、步驟s22：由于在約束條件下直接設(shè)計控制器較為困難，因此引入了以下誤差轉(zhuǎn)換方法：
23、
24、其中，是轉(zhuǎn)換函數(shù)。
25、步驟s23：考慮到是嚴(yán)格單調(diào)遞增的，其反函數(shù)為：
26、
27、其中，ρ(t)＝e(t)/l(t)，是轉(zhuǎn)換誤差。
28、對于所述的轉(zhuǎn)換誤差，對其進(jìn)行求導(dǎo)可得：
29、
30、其中，和分別為未知和已知的非線性光滑函數(shù)。且在這里，υ和γ是已知的。
31、步驟s3中、構(gòu)造李雅普諾夫函數(shù)，設(shè)計虛擬控制器和自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)律：
32、步驟s31：由模糊邏輯函數(shù)對包含未知的非線性光滑函數(shù)項進(jìn)行逼近：
33、
34、其中，假設(shè)ε1(x1)滿足且是任意正的常數(shù)。
35、步驟s32：對于所定義坐標(biāo)變換，可選擇如下李雅普諾夫函數(shù)：
36、
37、其中，0＜∈1＜1,γ1＞0是待設(shè)計的常數(shù)，且是的估計。
38、對于所述李雅普諾夫函數(shù)，進(jìn)行求導(dǎo)可得：
39、
40、步驟s33：根據(jù)反步設(shè)計過程，設(shè)計如下虛擬控制器和自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)律：
41、
42、其中，c1＞0和是待設(shè)計的常數(shù)，并滿足
43、步驟s4中、根據(jù)所述定義設(shè)計第二階子系統(tǒng)狀態(tài)坐標(biāo)變換：
44、步驟s41：對于上述的機(jī)械臂系統(tǒng)，設(shè)計如下第二階子系統(tǒng)狀態(tài)坐標(biāo)變換：
45、
46、其中，為機(jī)械臂系統(tǒng)剛性連接的角速度；δ1,k為第一階虛擬控制器；為第二階子系統(tǒng)誤差信號。
47、對于第二階子系統(tǒng)誤差信號的定義，對其進(jìn)行求導(dǎo)可以得到：
48、
49、步驟s42：執(zhí)行器故障時的控制輸入向量uk，滿足：
50、
51、其中，β(t)為執(zhí)行器有效因子，vk(t)＝[v1,k(t),v2,k(t)…,vm,k(t)]t為接收器接收的實際控制信號，表示為執(zhí)行器卡死；σ＝1時表示為執(zhí)行器失效。
52、步驟s43：在執(zhí)行器故障的影響下，第二階子系統(tǒng)誤差信號滿足：
53、
54、其中，表示第j個執(zhí)行器在第k次迭代中接收到的控制信號；的下界記為bj，上界記為u0,k為一種采用反步法設(shè)計的模糊自適應(yīng)控制器。
55、步驟s5中、所述的構(gòu)造李雅普諾夫函數(shù)，設(shè)計控制輸入信號和自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)律，具體包括：
56、步驟s51：由模糊邏輯函數(shù)對含有未知的非線性光滑函數(shù)進(jìn)行模糊逼近：
57、
58、其中，假設(shè)ε2(x2)滿足且是任意正的常數(shù)。
59、步驟s52：結(jié)合上述定義的坐標(biāo)變換，選擇如下李雅普諾夫函數(shù)：
60、
61、其中，0＜∈2＜1,γ2＞0是待設(shè)計的常數(shù)，且是的估計。
62、對于所述李雅普諾夫函數(shù)，進(jìn)行求導(dǎo)可得：
63、
64、步驟s53：根據(jù)反步設(shè)計過程，設(shè)計如下控制輸入信號和自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)律：
65、
66、其中，c2＞0和是待設(shè)計的常數(shù)，并滿足
67、本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：
68、一、本專利技術(shù)公開的一種具有執(zhí)行器故障的機(jī)械臂系統(tǒng)迭代學(xué)習(xí)方法，考慮到初始狀態(tài)和執(zhí)行器故障，設(shè)計了一類高階非嚴(yán)格反饋非線性容錯控制系統(tǒng)，提高了機(jī)械臂的控制精度，更具有實用性。
69、二、本專利技術(shù)公開的一種具有執(zhí)行器故障的機(jī)械臂系統(tǒng)迭代學(xué)習(xí)方法，首次將預(yù)設(shè)性能自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)控制結(jié)構(gòu)引入機(jī)械臂控制系統(tǒng)，有限時間性能函數(shù)與輸出誤差的轉(zhuǎn)換，保證了轉(zhuǎn)換后系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差的準(zhǔn)確性。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種適用于機(jī)械臂系統(tǒng)預(yù)設(shè)性能的自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)容錯控制方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的適用于機(jī)械臂系統(tǒng)預(yù)設(shè)性能的自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)容錯控制方法，其特征在于，所述步驟S1中，具有執(zhí)行器故障的機(jī)械臂動力學(xué)模型：
3.如權(quán)利要求1所述的適用于機(jī)械臂系統(tǒng)預(yù)設(shè)性能的自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)容錯控制方法，其特征在于，所訴步驟S2中，定義預(yù)設(shè)性能函數(shù)和第一階子系統(tǒng)坐標(biāo)變換，具體包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種機(jī)械臂系統(tǒng)預(yù)設(shè)性能的自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)容錯控制方法，其特征在于，S3中，構(gòu)造李雅普諾夫函數(shù)，設(shè)計虛擬控制器，具體包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種機(jī)械臂系統(tǒng)預(yù)設(shè)性能的自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)容錯控制方法，其特征在于，S4中，定義第二階子系統(tǒng)坐標(biāo)變換，具體包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種機(jī)械臂系統(tǒng)預(yù)設(shè)性能的自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)容錯控制方法，其特征在于，S5中，構(gòu)造李雅普諾夫函數(shù)，設(shè)計控制輸入信號和自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)律，具體包括：
【技術(shù)特征摘要】
1.一種適用于機(jī)械臂系統(tǒng)預(yù)設(shè)性能的自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)容錯控制方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的適用于機(jī)械臂系統(tǒng)預(yù)設(shè)性能的自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)容錯控制方法，其特征在于，所述步驟s1中，具有執(zhí)行器故障的機(jī)械臂動力學(xué)模型：
3.如權(quán)利要求1所述的適用于機(jī)械臂系統(tǒng)預(yù)設(shè)性能的自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)容錯控制方法，其特征在于，所訴步驟s2中，定義預(yù)設(shè)性能函數(shù)和第一階子系統(tǒng)坐標(biāo)變換，具體包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：生寧，崔晗雪，姜天宇，藍(lán)浩天，金易石，
申請(專利權(quán))人：青島科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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