[发明专利]一种基于全局滑模的多机械臂系统同步控制方法

说明书

一种基于全局滑模的多机械臂系统同步控制方法，包括以下步骤：步骤1,建立多机械臂系统模型；步骤2,定义多机械臂系统跟踪误差，同步误差，耦合误差以及全局误差；步骤3，设计全局滑模控制器。本发明使用交叉耦合同步控制方法，提高机械臂内部的同步性能；同时应用全局滑模，使系统对参考信号具有良好的跟踪性能。

技术领域

本发明涉及一种基于全局滑模的多机械臂系统同步控制方法。

背景技术

多机械臂系统是由多个单机械臂组成的控制系统，广泛应用于工业制造、运输以及航空航天等各种领域。多机械臂系统相比于单机械臂系统存很多优点：首先，多机械臂系统输出的力矩更大，能够举起更重的物体；其次，多机械臂拥有更大的工作空间和灵活性，能够完成更多更复杂的任务。

若将以往单机械臂控制算法应用于多机械臂系统中，必然会导致系统同步性能欠佳，轻则导致生产任务失败，重则导致机器故障，生产中止，造成巨额财产损失。同步控制指，控制系统中每个机械臂能在追踪参考信号的情况下同时保持一定的位置关系。将同步控制引入多机械臂，为多机械臂控制系统提供了新的控制框架。

发明内容

为了克服现有多机械臂系统的精度较低和同步性能较差的不足，本发明提出一种基于全局滑模的多机械臂系统同步控制方法。本发明使用交叉耦合同步控制方法，提高机械臂内部的同步性能；同时应用全局保证系统能够平稳运行。

为了解决上述技术问题提出的技术方案如下：

一种基于全局滑模的多机械臂系统同步控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

步骤1,建立多机械臂系统模型，过程如下：

多机械臂系统包含4个单机械臂，每个单机械臂物理参数相同，其模型表示成如下形式

其中,

M₂₁＝M₁₂

c＝m₂l₁l₂sin(q₂)

G＝[G₁ G₂]^T

G₁＝(m₁+m₂)gl₁cos(q₂)+m₂gl₂cos(q₁+q₂)

G₂＝m₂gl₂cos(q₁+q₂)

其中，M是机械臂惯性矩阵；C是机械臂科里奥利力与摩擦力等非线性因素构成的耦合矩阵；G是机械臂重力；x是机械臂末端执行器位置坐标；J是机械臂的雅可比矩阵；q₁，q₂是机械臂关节1与关节2的转角；l₁，l₂为机械臂关节1与关节2的长度；m₁，m₂是机械臂关节1与关节2的质量；g是重力加速度；j₁，j₂是每个关节的转动惯量；τ是输入力矩；t是系统运行时间；

步骤2，定义多机械臂系统跟踪误差，同步误差，耦合误差以及全局误差，过程如下：