[发明专利]一种单连杆柔性机械臂跟踪控制方法

说明书

一种单连杆柔性机械臂跟踪控制方法，涉及一种机械臂跟踪控制方法，本发明为一种针对非对称时变全状态约束下的单连杆柔性机械臂轨迹跟踪控制方法，通过直流电动机控制的单连杆柔性机械臂系统的动力学模型，通过选择合适的状态以及对未知有界扰动和跟踪轨线进行合适的约束,在实际控制器的设计中，将反步法应用于自适应模糊实际控制器的设计中，为了防止约束越界，本发明在反步法设计的每一步中同时还引入了新的tan型非对称时变阻碍李雅普诺夫函数，设计相应的控制律和自适应律，保证无论初始条件如何，实现最终一致有界的跟踪控制效果，而且不对称时变约束可以在有限时间之后实现。

技术领域

本发明涉及一种机械臂跟踪控制方法，特别是涉及一种针对带有输出非对称时变约束的单连杆柔性机械臂的跟踪控制方法。

背景技术

随着社会生产力的迅速发展，机械臂在各个领域内的应用越来 越广泛，尤其是航空航天、服务等领域，机械臂的研究越来越受重视．与刚性机械臂相比，单连杆柔性机械臂自重轻、耗能低、灵活度高，具有明显的优势，所以单连杆柔性柔性柔性机械臂的研究也成为了一个热点．

机器人在现代工业自动化生产中越来越多地得到应用，成为了工业生产体系中的重要角色。作为机器人的一种，工业机械臂可以代替人类从事一些装配、搬运和焊接等重复高强度或高精度要求的工作。和人工相比，工业机械臂拥有更高的工作效率，并且可以在一些危险的环境下进行工作，可以有效提升工厂的生产力水平。

面对越来越复杂的生产工艺，对工业机械臂的控制要求也不断提升，如何对工业机械臂进行有效控制，一直是热门研究方向，近年来取得了不少研究成果。在一些需要与人进行交互或高精度的工作任务中，为了确保生产安全和控制精度，需要对机械臂的运动空间、运动速度以及跟踪误差进行限制。因此，对机械臂的约束控制进行研究具有重要的实际意义。

但是，单连杆柔性机械臂的自身结构与材料所具有的优点也是其研究困扰所在．在运动过程中，单连杆柔性机械臂自身会产生弹性形变与模糊，这就使得其运动定位 与轨迹跟踪有一定难度，因此，对单连杆柔性机械臂的运动轨迹实现跟踪并对其模糊进行抑制有重要意义．此外，在运动控制中常遇到约束问题，比如驱动电动机的额定转矩、额定转速、机械限位、运动干涉等，还有一些特定场合中的特殊约束问题，如绳牵引机构在运动中需要考虑 绳子的牵引力约束机械加工中需要通过优化刀具运动轨迹使切 削力满足约束、视觉伺服系统需要考虑视觉的能见性约束、移动小车在转弯过程中需要考虑曲率约束、刚性机器人的运动中需要对各个关节的角速度和角度进行约束。

现有技术研究了带有输出约束的不确定欠驱动水面船舶的自适应神经网络轨迹跟踪控制问题。同时现有技术研究了带有输出约束和输入死区的机械臂系统的自适应神经网络跟踪控制。然而，现有技术还不能解决带有输出非对称时变约束的单连杆柔性机械臂的跟踪控制问题，这些新的技术尚待提出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单连杆柔性机械臂跟踪控制方法，本发明为一种针对非对称时变全状态约束下的单连杆柔性机械臂轨迹跟踪控制方法，该方法在己有的约束条件下，保证无论初始条件如何，都可实现最终一致有界的跟踪控制效果。通过直流电动机控制的单连杆柔性机械臂系统的动力学模型，在实际控制器的设计中，将反步法应用于自适应模糊实际控制器的设计中，实现最终一致有界的跟踪控制效果，解决了有限维模型描述单连杆柔性机械臂系统模型,导致单连杆柔性机械臂系统不稳定的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种单连杆柔性机械臂跟踪控制方法，所述方法建立直流电动机控制的单连杆柔性机械臂系统的动力学模型；根据实际的要求所述的针对带有输出非对称时变约束的单连杆柔性机械臂的跟踪控制方法，包括以下步骤：

步骤一：

建立单连杆柔性机械臂系统的动力学模型，包括单连杆柔性机械臂系统的控制方程及单连杆柔性机械臂末端角位移的运动方程；

其中，