[发明专利]一种基于干扰估计器的机械臂姿态鲁棒控制方法

摘要

本发明公开了一种基于干扰估计器的机械臂姿态鲁棒控制方法。首先，建立机械臂动力学模型并对其进行反馈线性化，将其化简成受扰双积分模型。其次，设置双组分的姿态鲁棒控制器以实现机械臂姿态鲁棒跟踪控制，该控制器包括两部分：其一为设置标称系统的输入，以保证闭环系统能够追踪参考信号；其二为对干扰估计器的设置，用于对模型不确定和外界扰动进行实时估计，进而对控制信号进行补偿。将补偿后的控制信号转换成电压信号输入作动器，从而完成在受扰条件下机械臂的姿态鲁棒控制。本发明能够有效消除或者抑制运动模型中的不确定性及干扰信号以实现对机械臂姿态期望参考信号的高精度跟踪，且抗干扰能力强、控制参数明确、计算量较少、实施性。

主权项

一种基于干扰估计器的机械臂姿态鲁棒控制方法步骤1：对刚性机械臂建立动力学模型并对其进行反馈线性化：建立的动力学模型为：其中ρ(t)表示姿态角信号，d(t)表示真实扰动，u(t)表示系统输入信号，函数f(·)和g(·)为非线性函数；将动力学模型转换为线性积分链形式：令u(t)＝g‑1(ρ(t))(μ(t)‑f(ρ(t)))，从而得到对应的受扰二阶线性系统其中μ(t)表示变量替换后线性状态方程的输入信号；步骤2：构造双组分的姿态鲁棒控制器：201：设置用于角位置跟踪的姿态控制器为：其中u0(t)对应标称系统的输入信号，表示姿态角信号ρd(t)的二阶导，e(t)表示姿态角信号的误差量，即e(t)＝ρ(t)‑ρd(t)，表示e(t)的导数，kP表示比例项系数，kD表示微分项系数；202：设置姿态鲁棒控制器为：其中表示真实扰动d(t)的估计值；并设置干扰估计器为：d^(t)=2[ρ·(t)-ρ·(0)-∫0tu0(τ)dτT]+1T[∫0t(ρ·(τ)-ρ·(0))dτ-∫0t∫0tu0(τ)dτdτT],]]>其中表示姿态角速率信号，表示姿态角速率信号的初始值，T表示干扰估计器的时间常数，基于系统需求的控制精度进行调适性设置；步骤3：将补偿后的控制信号转换成电压信号输入刚性机械臂的作动器：基于实时得到的输入信号u0(t)、估计值实时得到μ(t)；基于u(t)＝g‑1(ρ(t))(μ(t)‑f(ρ(t)))得到补偿后的控制信号u(t)，将补偿后的控制信号u(t)转换成电压信号输入刚性机械臂的作动器。