[发明专利]一种柔性单链机械臂的有限时间稳定控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种柔性单链机械臂的有限时间稳定控制方法及系统，包括：确定柔性单链机械臂的动力学方程；对所述动力学方程进行坐标变换，将所述动力学方程转换为五阶非严格反馈形式；利用反步法和命令滤波技术，设计每一步的虚拟控制器，同时引入补偿信号以减小由命令滤波引起的误差，最终得到柔性单链机械臂的自适应有限时间控制器；基于所述控制器对柔性单链机械臂进行控制。本发明通过融合命令滤波技术和反步控制方法，构造了自适应有限时间控制器，解决了由传统反步控制方法造成的“复杂性爆炸问题”；命令滤波技术引入了补偿信号，补偿了动态面技术中忽略的虚拟控制信号和实际控制信号之间的误差。

技术领域

本发明涉及机械臂工程领域，尤其涉及一种柔性单链机械臂的有限时间稳定控制方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

机械臂被认为是制造业的重要组成部分，在汽车、军事、医疗等方面起着重要的作用。因此越来越多的研究者从传感器、控制算法、智能大脑等角度研究机械臂，使得柔性单链机械臂系统在控制领域成为一个热点话题。

在许多的研究中，首先对柔性单链机械臂系统进行坐标变换，之后应用反步法。然而在基于反步设计的过程中，每一步都需要对虚拟控制率求导，这使得计算负担增加，造成了“复杂性爆炸问题”。

虽然在柔性单链机械臂系统中取得了一些研究成果，但大部分研究成果没有考虑到有限时间问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种柔性单链机械臂的有限时间稳定控制方法，提出了实际有限时间稳定性判据，结合反步法，构造自适应有限时间控制器，能够保证闭环系统中所有变量在有限时间内是有界的，并且，系统输出与参考信号的误差收敛到一个很小的邻域内。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种柔性单链机械臂的有限时间稳定控制方法，包括：

确定柔性单链机械臂的动力学方程；

对所述动力学方程进行坐标变换，将所述动力学方程转换为五阶非严格反馈形式；

利用反步法和命令滤波技术，设计每一步的虚拟控制器，同时引入补偿信号以减小由命令滤波引起的误差，最终得到柔性单链机械臂的自适应有限时间控制器；

基于所述控制器对柔性单链机械臂进行控制。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种柔性单链机械臂的有限时间稳定控制系统，包括：

用于确定柔性单链机械臂的动力学方程的模块；

用于对所述动力学方程进行坐标变换，将所述动力学方程转换为五阶非严格反馈形式的模块；

用于利用反步法和命令滤波技术，设计每一步的虚拟控制器，同时引入补偿信号以减小由命令滤波引起的误差，最终得到柔性单链机械臂的自适应有限时间控制器的模块；

用于基于所述控制器对柔性单链机械臂进行控制的模块。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的柔性单链机械臂的有限时间稳定控制方法。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的柔性单链机械臂的有限时间稳定控制方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：