[发明专利]一种机械臂自适应非奇异终端滑模控制方法、装置及介质

说明书

本发明涉及机械臂运动控制技术领域，具体提供了一种机械臂自适应非奇异终端滑模控制方法，具有如下步骤：S1、建立不确定性的n自由度串联型机械臂动力学模型；S2、设计预设性能函数，基于步骤1构造基于预设性能函数的机械臂关节位置的转换误差值；S3、通过步骤S2中的转换误差值，定义虚拟控制输入，基于步骤S1机械臂动力学模型设计非奇异终端滑模面；S4、基于步骤S3中的快速非奇异终端滑模面设计自适应更新律，用于处理机械臂中存在不确定和外界扰动；结合步骤S3中快速非奇异终端滑模面和自适应律构造鲁棒滑模控制器，用于实现机械臂的精确控制。与现有技术相比，本发明从而能够减少扰动影响和准确提高对机械臂跟踪控制。

技术领域

本发明涉及机械臂运动控制技术领域，具体提供一种机械臂自适应非奇异终端滑模控制方法、装置及介质。

背景技术

近几十年来，机器人已广泛应用于空间探测、医学、工业自动化等领域。在这些对机械臂的跟踪精度要求很高的应用中，由于其优良的控制性能而引起了广泛的关注。然而，机器臂中存在的模型误差、非线性摩擦和耦合项等不确定性和干扰会影响跟踪性能。因此，为了提高控制性能，人们提出了各种先进的控制技术，如自适应控制、模型预测控制、滑模控制、模糊控制和神经网络控制。

在上述控制方法中，滑模控制因其具有暂态性能好、鲁棒性强、对固有参数不确定性不敏感等特点而得到广泛的应用。传统的滑模控制一般分为两种：线性滑模控制和终端滑模控制。特别地，终端滑模控制可以实现动态系统的有限时间收敛。然而，仍然存在两个缺点，即奇异性问题和抖振现象。

为了克服这些问题，提出了一种非奇异终端滑模控制的方法。因此，该方法凭借其自身的优势，在趋近速度等方面得到了进一步的推广研究。然而，上述所有控制技术都假设系统不确定性和扰动的上界是先验知识，且只考虑了机械臂的稳定性和稳态性能，没有考虑轨迹跟踪控制的暂态性能。

然而，如何解决扰动和不准确性对机械臂跟踪控制的影响是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明是针对上述现有技术的不足，提供一种实用性强的机械臂自适应非奇异终端滑模控制方法。

本发明进一步的技术任务是提供一种设计合理，安全适用的机械臂自适应非奇异终端滑模控制装置。

本发明进一步的技术任务是提供一种计算机可读介质。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种机械臂自适应非奇异终端滑模控制方法，具有如下步骤：

S1、建立不确定性的n自由度串联型机械臂动力学模型；

S2、设计预设性能函数，基于步骤1构造基于预设性能函数的机械臂关节位置的转换误差值；

S3、通过步骤S2中的转换误差值，定义虚拟控制输入，基于步骤S1机械臂动力学模型设计非奇异终端滑模面；

S4、基于步骤S3中的快速非奇异终端滑模面设计自适应更新律，用于处理机械臂中存在不确定和外界扰动；结合步骤S3中快速非奇异终端滑模面和自适应律构造鲁棒滑模控制器，用于实现机械臂的精确控制。

进一步的，在步骤S1中，不确定性的n自由度串联型机械臂动力学模型如下：

其中，q＝[q₁,q₂,L q_n]^Τ表示关节位置、分别表示关节速度和加速度的矢量；

M(q)是惯性矩阵，是向心科里奥利矩阵，G(q)是引力矢量，τ是关节转矩输入矢量，τ_d是外部扰动矢量，ΔM(q)、ΔC(q)、ΔG(q)表示系统不确定性。

进一步的，设不确定性和外部干扰的上界为：