【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本公開涉及單連桿機械臂最優(yōu)控制，具體涉及一種單連桿機械臂的固定時間最優(yōu)控制方法及系統(tǒng)。
技術介紹
1、在實際的工程實踐中，跟蹤誤差的迅速收斂與優(yōu)異的瞬態(tài)表現(xiàn)是評估被控制系統(tǒng)性能不可或缺的指標，正因如此，固定時間控制技術因其獨特優(yōu)勢在工程界贏得了極高的關注。固定時間控制技術的最大特點在于其能夠確保機械臂系統(tǒng)的收斂時間固定，并且這個收斂時間不受該系統(tǒng)初始狀態(tài)的影響，這意味著，無論該系統(tǒng)的初始狀態(tài)如何，該系統(tǒng)都能在預定的時間內達到穩(wěn)定狀態(tài)或實現(xiàn)同步；這一特性在工程應用中尤為重要，因為它允許工程師在設計階段就準確估計系統(tǒng)的響應時間，從而滿足特定的時間要求；因此，目前的研究是通過固定時間控制技術來加速實際工程中的收斂速度。
2、在固定時間最優(yōu)控制的框架下，系統(tǒng)往往會面臨由復雜環(huán)境如湍流、風力變化、機械阻力以及內部動態(tài)不確定性等未知因素引發(fā)的擾動挑戰(zhàn)。為應對這些挑戰(zhàn)，多種補償策略應運而生，而自抗擾控制技術因其獨特的應對機制，在眾多方法中脫穎而出，成為補償擾動項的優(yōu)選方案。自抗擾控制技術的精髓在于其兩大核心組件：擴張狀態(tài)觀測器和跟蹤微分器，擴張狀態(tài)觀測器能夠精準地捕捉并處理來自系統(tǒng)外部的擾動以及內部非線性不確定性，從而確保系統(tǒng)控制的準確性和穩(wěn)定性；而跟蹤微分器能夠巧妙地處理那些缺乏明確數(shù)學表達式的輸入信號，確保系統(tǒng)能夠平穩(wěn)地跟蹤和響應這些信號，避免了因信號突變而可能導致的系統(tǒng)震蕩。
3、值得注意的是，盡管自抗擾控制技術在許多領域展現(xiàn)了其強大的潛力，但自抗擾控制技術本身具有較高的復雜性，其算法和實現(xiàn)過程相對繁瑣。在單連桿
技術實現(xiàn)思路
1、本公開為了解決上述問題，提出了一種單連桿機械臂的固定時間最優(yōu)控制方法及系統(tǒng)，將自抗擾控制技術與固定時間最優(yōu)控制相結合，開辟出應用于單連桿機械臂的新的控制策略和優(yōu)化路徑，進一步提升機械臂系統(tǒng)的控制性能和穩(wěn)定性。
2、根據(jù)一些實施例，本公開采用如下技術方案：
3、一種單連桿機械臂的固定時間最優(yōu)控制方法，包括：
4、獲取待控制單連桿機械臂的動力學模型，通過引入狀態(tài)變量，將模型轉化為狀態(tài)模型；
5、根據(jù)狀態(tài)模型，采用自抗擾控制策略，建立擴張狀態(tài)觀測器，用于觀測單連桿機械臂的擾動狀態(tài)信息；
6、基于狀態(tài)模型和擴張狀態(tài)觀測器，將反步法技術與強化學習算法相結合，設計針對單連桿機器人機械臂的最優(yōu)控制器，對單連桿機械臂進行自適應最優(yōu)反步控制。
7、根據(jù)一些實施例，本公開采用如下技術方案：
8、一種單連桿機械臂的固定時間最優(yōu)控制系統(tǒng)，包括：
9、模型構建模塊，被配置為：獲取待控制單連桿機械臂的動力學模型，通過引入狀態(tài)變量，將模型轉化為狀態(tài)模型；
10、觀測器建立模塊，被配置為：根據(jù)狀態(tài)模型，采用自抗擾控制策略，建立擴張狀態(tài)觀測器，用于觀測單連桿機械臂的擾動狀態(tài)信息；
11、控制器設計模塊，被配置為：基于狀態(tài)模型和擴張狀態(tài)觀測器，將反步法技術與強化學習算法相結合，設計針對單連桿機器人機械臂的最優(yōu)控制器，對單連桿機械臂進行自適應最優(yōu)反步控制。
12、根據(jù)一些實施例，本公開采用如下技術方案：
13、一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)所述的一種單連桿機械臂的固定時間最優(yōu)控制方法。
14、根據(jù)一些實施例，本公開采用如下技術方案：
15、一種非暫態(tài)計算機可讀存儲介質，所述非暫態(tài)計算機可讀存儲介質用于存儲計算機指令，所述計算機指令被處理器執(zhí)行時，實現(xiàn)所述的一種單連桿機械臂的固定時間最優(yōu)控制方法。
16、根據(jù)一些實施例，本公開采用如下技術方案：
17、一種電子設備，包括：處理器、存儲器以及計算機程序；其中，處理器與存儲器連接，計算機程序被存儲在存儲器中，當電子設備運行時，所述處理器執(zhí)行所述存儲器存儲的計算機程序，以使電子設備執(zhí)行實現(xiàn)所述的一種單連桿機械臂的固定時間最優(yōu)控制方法。
18、與現(xiàn)有技術相比，本公開的有益效果為：
19、1.本專利技術技術方案采用固定時間技術設計了擴張狀態(tài)觀測器eso，該觀測器不僅能夠準確估計具有時滯的機械臂系統(tǒng)中的擾動(即動力學模型中的d(t)、狀態(tài)模型中的δ(t))，而且能夠觀測到系統(tǒng)的狀態(tài)(即狀態(tài)模型中的x1、x2、x3)，由于結合了固定時間技術，從而使得觀測器的信號可以在固定的時間間隔內收斂，能顯著提高了收斂速度；與無限時間控制方法相比，在系統(tǒng)跟蹤任務中，該方法在跟蹤誤差的收斂速度方面表現(xiàn)出優(yōu)越的性能。
20、2.本專利技術技術方案提出了一種固定時間最優(yōu)反步跟蹤控制策略，融合跟蹤控制與最優(yōu)控制優(yōu)勢，通過構建最優(yōu)性能指標函數(shù)，確保單連桿機械臂完成跟蹤控制任務并優(yōu)化系統(tǒng)性能，如能耗、響應時間等；核心在于利用最優(yōu)控制理論提升跟蹤控制效果，使機械臂在復雜環(huán)境中高效精準運行。
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1.一種單連桿機械臂的固定時間最優(yōu)控制方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的一種單連桿機械臂的固定時間最優(yōu)控制方法，其特征在于，所述動力學模型，用公式表示為：
3.如權利要求1所述的一種單連桿機械臂的固定時間最優(yōu)控制方法，其特征在于，所述狀態(tài)模型，通過引入狀態(tài)變量x1＝q，將單連桿機械臂的動力學模型轉化為狀態(tài)空間方程，空間方程重寫為：
4.如權利要求1所述的一種單連桿機械臂的固定時間最優(yōu)控制方法，其特征在于，所述擴張狀態(tài)觀測器，用公式表示為：
5.如權利要求1所述的一種單連桿機械臂的固定時間最優(yōu)控制方法，其特征在于，所述設計針對單連桿機器人機械臂的最優(yōu)控制器，包括虛擬最優(yōu)控制器和實際最優(yōu)控制器；
6.如權利要求5所述的一種單連桿機械臂的固定時間最優(yōu)控制方法，其特征在于，所述虛擬最優(yōu)控制器用公式表示為：
7.一種單連桿機械臂的固定時間最優(yōu)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：
8.一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)權利要求1-6任一項所述的一種單連桿機械
9.一種非暫態(tài)計算機可讀存儲介質，其特征在于，所述非暫態(tài)計算機可讀存儲介質用于存儲計算機指令，所述計算機指令被處理器執(zhí)行時，實現(xiàn)如權利要求1-6任一項所述的一種單連桿機械臂的固定時間最優(yōu)控制方法。
10.一種電子設備，其特征在于，包括：處理器、存儲器以及計算機程序；其中，處理器與存儲器連接，計算機程序被存儲在存儲器中，當電子設備運行時，所述處理器執(zhí)行所述存儲器存儲的計算機程序，以使電子設備執(zhí)行實現(xiàn)如權利要求1-6任一項所述的一種單連桿機械臂的固定時間最優(yōu)控制方法。
...【技術特征摘要】
1.一種單連桿機械臂的固定時間最優(yōu)控制方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的一種單連桿機械臂的固定時間最優(yōu)控制方法，其特征在于，所述動力學模型，用公式表示為：
3.如權利要求1所述的一種單連桿機械臂的固定時間最優(yōu)控制方法，其特征在于，所述狀態(tài)模型，通過引入狀態(tài)變量x1＝q，將單連桿機械臂的動力學模型轉化為狀態(tài)空間方程，空間方程重寫為：
4.如權利要求1所述的一種單連桿機械臂的固定時間最優(yōu)控制方法，其特征在于，所述擴張狀態(tài)觀測器，用公式表示為：
5.如權利要求1所述的一種單連桿機械臂的固定時間最優(yōu)控制方法，其特征在于，所述設計針對單連桿機器人機械臂的最優(yōu)控制器，包括虛擬最優(yōu)控制器和實際最優(yōu)控制器；
6.如權利要求5所述的一種單連桿機械臂的固定時間最優(yōu)控制方法，其特征在于，所述虛擬最...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：曹亮，元慧真，潘英男，張林闖，朱哲辰，
申請(專利權)人：渤海大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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