[发明专利]一种基于串并联估计模型的柔性机械臂系统模糊控制方法

权利要求书

1.一种基于串并联估计模型的柔性机械臂系统模糊控制方法，其特征在于，所述基于串并联估计模型的柔性机械臂系统模糊控制方法包括：

第一步，基于有限元离散动力学方程对操作系统的柔性机械臂系统建立动力学模型；

第二步，对系统进行初始化设置，建立相应的干扰观测器采集外界数据；

第三步，针对干扰观测器采集的有关机械臂的运动学和动力学不确定性数据，构建模糊系统，对系统各不确定函数项进行模糊逼近处理；

第四步，将偏差、偏差一阶导数、偏差二阶导数三个模糊集，通过模糊关系和模糊合成算法进行修正运算。

2.如权利要求1所述的基于串并联估计模型的柔性机械臂系统模糊控制方法，其特征在于，所述第一步中基于有限元离散动力学方程对操作系统的柔性机械臂系统建立动力学模型具体包括：

将柔性杆用有限元方法进行离散，将柔性杆划分为n个单元，每个单元的长度为l＝L/n，柔性杆一共有n+1个节点，定义节点变形位移列阵为：其中为柔性杆变形引起的横截面的转角；应用有限元方法离散后可以得到柔性机械臂的动力学方程为：

式中:J为柔性机械臂系统的总转动惯量矩阵，

J＝J_h+J_r+J_m+d(M-D)d^T+2Ud，

其中J_h为中心刚体的转动惯量，J_r为柔性杆的转动惯量，J_m为末端质量的转动惯量与末端质量与节点变形耦合引起的转动惯量的和，M为柔性杆结构的整体质量矩阵，由柔性杆的单元质量矩阵装配得到，D为与二次耦合项w_c有关的矩阵，U为柔性杆转动惯量与节点变形的耦合矩阵；H为刚柔耦合矩阵；

其中G_d为与柔性杆和末端质量有关的矩阵，C_s为瑞利阻尼矩阵，C_s＝b₁M+b₂K_s，K_s为柔性结构的整体刚度阵，由柔性杆的单元质量矩阵装配得到，b₁和b₂为瑞利阻尼系数；

系统的刚度阵为：

其中K_m为末端质量引起的系统刚度变化矩阵；

Q_θ＝τ+Q_a；

Q_a为柔性杆和末端质量与节点变形位移列阵和转角θ耦合引起的作用力项；Q_d为柔性杆和末端质量与系统转角θ耦合引起的作用力矩阵；

同时，假设柔性机械臂系统的运动规律是事先已知的，在柔性机械臂的转动规律事先确定的时候，去掉柔性机械臂的动力方程中的第一行，即得到非惯性系下柔性机械臂的动力学模型为：

3.如权利要求1所述的基于串并联估计模型的柔性机械臂系统模糊控制方法，其特征在于，所述第三步中模糊系统构建方法具体包括：

设二维模糊系统g(x)为集合上的一个函数，其解析式形式为未知，假设对任意一个x∈U，都能得到g(x)，则基于下述步骤构建模糊系统：

(1)在[α_i，β_i]上定义N_i(i＝1，2)个标准的、一致的和完备的模糊集

(2)组建M＝N₁×N₂条模糊集IF-THEN规则：

如果x₁为且x₂为则y为

其中，i₁＝1，2，…，N₁，i₂＝1，2，…，N₂

将模糊集的中心(用表示)选择为：

(3)采用乘机推理机，单值模糊器和中心平均解模糊期，根据M＝N₁×N₂条规则来构造模糊系统：