[发明专利]单连杆机械臂的模糊自适应控制方法、系统及存储介质

说明书

本发明公开了一种单连杆机械臂的模糊自适应控制方法、系统及存储介质，包括步骤：建立单连杆机械臂的非线性模型及磁滞模型；所述非线性模型的输入为磁滞的线性函数；根据误差模型及所述非线性模型确定虚拟控制器模型及虚拟自适应律；根据所述非线性模型及事件触发模型确定模糊自适应触发控制器模型及触发自适应律；所述事件触发模型根据动态阈值进行更新；根据所述虚拟控制器模型、所述虚拟自适应律、所述模糊自适应触发控制器模型及所述触发自适应律对单连杆机械臂的执行器进行控制。本发明实施例，能够实现迟滞的动态补偿，在有限时间内收敛且可以节省通信资源，可广泛应用于工业自动控制领域。

技术领域

本发明涉及工业自动控制领域，尤其涉及一种单连杆机械臂的模糊自适应控制方法、系统及存储介质。

背景技术

近年来，随着机器人技术的发展，应用高速度、高精度、高负载自重比的机器人结构受到工业和航空航天领域的关注。在机械臂系统的实际控制过程中滞回现象普遍存在。这种滞后现象会降低系统的跟踪性能，影响控制系统的稳定性，因此如何补偿这种迟滞现象，使系统具有良好的性能是一个热点话题。此外，在实际的控制系统中，由于网络传输资源是非常有限，而系统要求的控制量相当大，因此在考虑输入迟滞的同时节约网络通信带宽也是一个迫切需要解决的问题。

术语解释

有限时间控制方法：指在设定时间的区间内，系统状态轨迹在预定的界限内达到平衡。

反步设计法：通过递归地构造闭环系统的Lyapunov函数获得反馈控制器，选取控制律使得Lyapunov函数沿闭环系统轨迹的导数具有某种性能，使闭环系统轨迹的有界性和收敛到平衡点，所选取的控制律就是系统镇定问题、跟踪问题、干扰抑制问题或者几种问题综合的解。

不确定非线性系统：指同时具有不确定系统和非线性系统特点的系统，即其输出不与其输入成正比，同时带有不确定参数、不确定动力学(系统摄动)及外干扰的系统。

时间触发：间隔固定的周期进行触发。

事件触发机制：根据系统当前的状态决定是否触发，如果系统状态满足触发条件才进行各种操作。

滞环：测量设备输出量与先前输入量顺序有关的一种特性。当输入量分别由增加方向、减小方向到达同一量时，两输出量之差称为滞后误差。

李雅普洛夫稳定性(Lyapunov stability)：在自动控制领域中，李雅普诺夫稳定性可用来描述一个动力系统的稳定性。如果此动力系统任何初始条件在平衡态附近的轨迹均能维持在平衡态附近，那么可以称为在处李雅普诺夫稳定。李雅普诺夫稳定性可用在线性及非线性的系统中。不过线性系统的稳定性可由其他方式求得，因此李雅普诺夫稳定性多半用来分析非线性系统的稳定性。李亚普诺夫稳定性的概念可以延伸到无限维的流形，即为结构稳定性，是考虑微分方程中一群不同但“接近”的解的行为。输入-状态稳定性(ISS)则是将李雅普诺夫稳定性应用在有输入的系统。若任何初始条件在平衡态附近的轨迹最后都趋近，那么该系统可以称为在处渐近稳定。指数稳定可用来保证系统最小的衰减速率，也可以估计轨迹收敛的快慢。

自适应补偿(Adaptive compensation)：是根据系统执行器的冗余情况，设计自适应补偿控制律，利用有效的执行器，达到跟踪参考模型运动的控制目的，同时保持较好的动态和稳态性能的控制方法，其主要解决对于MIMO非线性系统执行器故障的容错控制问题。

模糊逻辑系统(Fuzzy Logic Systems，FLSs)：模糊逻辑系统是指利用模糊概念和模糊逻辑构成的系统。当它被用来充当控制器时，就称为模糊逻辑控制器(Fuzzy LogicController)。由于在选择模糊概念和模糊逻辑上的随意性，可以构造出多种多样的模糊逻辑系统。最常见的模糊逻辑系统有三类：纯模糊逻辑系统、高木-关野模糊逻辑系统和具有模糊产生器以及模糊消除器的模糊逻辑系统。

芝诺行为(Zeno behavior)：指在事件触发控制中，控制在有限时间内发生无限次触发。