[发明专利]一种基于干扰估计器的机械臂姿态鲁棒控制方法

权利要求书

1.一种基于干扰估计器的机械臂姿态鲁棒控制方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤1：对刚性机械臂建立动力学模型并对其进行反馈线性化：

建立的动力学模型为：其中ρ(t)表示姿态角信号，d(t)表示真实扰动，u(t)表示系统输入信号，函数f(·)和g(·)为非线性函数；

将动力学模型转换为线性积分链形式：令u(t)＝g^-1(ρ(t))(μ(t)-f(ρ(t)))，从而得到对应的受扰二阶线性系统其中μ(t)表示变量替换后线性状态方程的输入信号；

步骤2：构造双组分的姿态鲁棒控制器：

201：设置用于角位置跟踪的姿态控制器为：其中u₀(t)对应标称系统的输入信号，表示期望姿态角信号ρ_d(t)的二阶导，e(t)表示姿态角信号的误差量，即e(t)＝ρ(t)-ρ_d(t)，表示e(t)的导数，k_P表示比例项系数，k_D表示微分项系数；

202：设置姿态鲁棒控制器为：其中表示真实扰动d(t)的估计值；

并设置干扰估计器为：

其中表示姿态角速率信号，表示姿态角速率信号的初始值，T表示干扰估计器的时间常数，基于系统需求的控制精度进行调适性设置；

步骤3：将补偿后的控制信号转换成电压信号输入刚性机械臂的作动器：

基于实时得到的标称系统的输入信号u₀(t)、估计值实时得到μ(t)；

基于u(t)＝g^-1(ρ(t))(μ(t)-f(ρ(t)))得到补偿后的系统输入信号u(t)，将补偿后的系统输入信号u(t)即补偿后的控制信号转换成电压信号输入刚性机械臂的作动器。

2.如权利要求1所述的基于干扰估计器的机械臂姿态鲁棒控制方法，其特征在于，干扰估计器的时间常数T的确定方式如下：

若外界扰动的频率未知，则在时间常数T的取值范围内，首先设置时间常数T为靠近取值范围上限的值，并验证系统的控制精度是否满足要求，若满足要求，则停止选择；若不满足要求，继续减小T的值进行调适性设置；

若外加扰动的频率已知，则定义外界扰动的最高频率为并从开始，逐步增大时间常数T的取值，筛选K个满足控制精度的时间常数T，并从筛选结果中选择最优的作为时间常数T的最终取值。

3.如权利要求2所述的基于干扰估计器的机械臂姿态鲁棒控制方法，其特征在于，当外加扰动的频率已知时，干扰估计器的时间常数T的确定方式还可以为：

设置五个子搜索区间：

分别从每个子搜索区间中筛选K个满足控制精度的时间常数T，再从所有筛选结果中选择最优的作为时间常数T的最终取值。