[发明专利]基于输出位置的单臂机械手自适应控制器及控制方法

说明书

本发明揭示了一种基于输出位置的单臂机械手自适应控制器及控制方法，控制器包括第一比较器单元、观测器单元、反步法第一更新单元、反步法第一逼近单元、反步法第一运算单元、第二比较器单元、反步法第一子控制器单元、第三比较器单元、第四比较器单元、反步法第二更新单元、反步法第二逼近单元、反步法第二运算单元、第五比较器单元、反步法第二子控制器单元、ADP更新单元、ADP逼近单元、ADP运算单元、ADP第一子控制器单元、ADP第二子控制器单元以及第六比较器单元。本发明在保证单臂机械手稳定的同时，减少了系统的性能指标，降低了系统的控制成本，具有很高的使用及推广价值。

技术领域

本发明涉及一种控制器及控制方法，具体而言，涉及一种基于输出位置的单臂机械手自适应控制器及控制方法，属于工业过程控制领域。

背景技术

单臂机械手的关节角位移作为一个重要的可测量的输出量，是单臂机械手系统中经常使用的控制量之一。在过去的近十年里，大量学者开始研究单臂机械手的控制问题，其中，性能指标函数作为一种评价单臂机械手系统性能的重要的函数，实现性能指标函数的最优化是当前单臂机械手控制器的一个重要的设计目标。

具体而言，目前关于单臂机械手系统控制问题的研究，取得了以下进展和相应的研究成果。

机械臂系统是一个十分复杂的非线性系统，针对机械臂的不确定性问题的解决方案为自适应反步模糊控制策略。在过去十年里，利用模糊逻辑系统的自适应反步控制器设计取得了飞快的发展。自适应反步控制方法是由Ioannis Kanellakopoulos提出来的。基于反步法设计技术，控制器不仅能解决非线性系统的控制问题，还能够保证系统的稳定。

陈冰等人研究了一类具有未知非线性和严格反馈结构的非线性时滞系统的自适应模糊控制问题。陈伟生等人针对一类带有扰动的非线性严格反馈系统，设计一种自适应反步模糊控制器，使得系统实现跟踪控制；张天平等人利用自适应神经网络技术解决了带有未知死区的多输入多输出非线性系统的跟踪控制问题；王欢庆等人在自适应模糊控制技术的基础上考虑了系统的鲁棒性，实现了带有随机项和输入饱和的纯反馈系统的跟踪问题；刘志等人针对具有非线性输出的一类特殊的非线性系统，设计出一种自适应神经网络输出反馈控制方法；华长春等人通过动态输出反馈方法研究了一类不确定非线性时滞系统的鲁棒控制问题；C.L.Philip Chen,结合反演技术，针对一类高阶非线性多智能体系统开发了一种基于观测器的自适应一致跟踪控制策略，其中每个跟随者都由半严格反馈形式组成。

尽管上述方法针对严格反馈非线性系统提出了大量的自适应模糊或神经网络反推控制设计方法，但上述方法并未考虑最优控制问题。

众所周知，最优控制设计在实际工程中具有重要意义，它将对社会生活和国民经济的发展产生巨大的影响。为此，黄玉柱等人针对n阶仿射非线性系统，提出了一种基于状态反馈的鲁棒ADP控制器；杨雄等人提出了一种具有控制约束的非线性系统的在线学习最优控制方法；刘德荣等人将上述方法扩展到多个互联的非线性系统当中，并利用在线学习最优控制方法提出来了一种连续时间非线性互联系统的分散稳定方法。除了状态反馈控制之外，基于观测器的输出反馈控制可以克服需要测量全部状态信息的状态反馈控制技术的缺点。因此，张化光等人研究了仿射非线性系统的基于输出反馈的ADP控制方法。

综上所述，目前对于单臂机械手系统控制问题的研究已经取得了不俗的成果，但是目前仍未出现一种能够提供最优控制的控制方案。因此，如何依据目前现有的研究基础，提供一种能够实现单笔机械手系统优化、便于其控制的技术方案，也就成为了目前行业内技术人员亟待解决的问题。

发明内容

鉴于现有技术存在上述缺陷，本发明的目的是提出一种基于输出位置的单臂机械手自适应控制器及控制方法。