[发明专利]一种基于干扰观测器的机械系统无力传感触觉力估计方法

权利要求书

1.一种基于干扰观测器的机械系统无力传感触觉力估计方法，其特征在于：针对一类无外接力传感器的机械系统，通过加入复合鲁棒周期干扰观测器，实现触觉外力的在线估计，包括以下步骤：

第一步，建立基于配备电机位置传感器的机械系统动力学模型，此机械系统动力学模型中的合外干扰包含已知频率周期振动干扰与低频非周期干扰两部分，低频非周期干扰中的建模不确定性表示成乘积摄动模型的形式；

第二步，基于第一步动力学模型中低频非周期干扰及高频噪声频段特性，在标准H_∞控制问题框架下确定优化策略，在连续域中得到鲁棒干扰观测器q_a(s)，分离外干扰中的低频慢变外力信号；

第三步，基于第一步动力学模型中周期干扰的已知频率特性，在离散域中设计指定频率陷波器q_p(z)；

第四步，结合第二步中设计的鲁棒干扰观测器和第三步中的指定频率陷波器，设计复合鲁棒周期干扰观测器Q(z)；

第五步，利用所述复合鲁棒周期干扰观测器，建立机械系统触觉力的模型，实现末端触觉力的估计与分离。

2.根据权利要求1所述的一种基于干扰观测器的机械系统无力传感触觉力估计方法，其特征在于：所述第一步中，建立基于配备电机位置传感器的机械系统动力学模型的表达式如下：

其中，θ表示电机输出角度，为θ的二阶导数，表示电机输出角加速度，J表示电机惯性矩，τ为力矩，τ_m和τ_d分别表示电机总产生力矩和合外干扰力；

将总干扰τ_d离散化，数学形式建模如下：

τ_d(k)＝d_p(k)+d_a(k)

d_p(k)＝d_p(k-N)+ρ(k)

其中，τ_d(k)为合外干扰，d_p(k)和d_a(k)分别为同时存在的周期性振动干扰和低频非周期干扰，k表示离散时间变量，N表示干扰的周期，ρ(k)为周期干扰的更新率，模型如下：

其中，ρ₀(k)为周期干扰的更新函数；

将模型不确定性表示为如下乘积摄动形式的集合：

Ω_J＝{J_s(s)＝J_n(s)·[I+△(s)W(s)]|||△(s)||_∞1}

其中，s为传递函数复变量，J_s表示真实电机惯量，J_n表示标称电机惯量，I为单位阵，||·||_∞表示H_∞范数，△(s)表示实际对象频率特性对名义模型的摄动，满足△(s)∈RH_∞，称为尺度因子，W(s)是归一化权函数，假定△(s)和W(s)是稳定的传递函数，而且△(s)的摄动不构成J_n中不稳定极点的消除，即，J_n和J_s具有相同的不稳定极点，此时△(s)是可容许的。