[发明专利]基于输出位置的多双连杆机械臂包含控制器及设计方法

摘要

本发明公开了基于输出位置的多双连杆机械臂包含控制器及设计方法，将N个含未知动态的双连杆机械臂视为跟随者，其与M个领导者通过单向拓扑图连接成的网络化系统作为被控对象，领导者构成一个静态凸包，利用跟随者各自的关节1和2输出的位置设计包含控制器，使得跟随者的输出收敛于该静态凸包内。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：在每一个子控制器中都利用跟随者的输入和输出设计扩张状态观测器来重构双连杆机械臂的系统状态，并通过扩张状态量的估计实时补偿未知动态，使得设计的输出反馈的包含控制器具有抗扰性；克服了计算复杂性爆炸的问题；能够有效的处理系统中的未知动态、简化复杂的求导运算等问题。

主权项

基于输出位置的多双连杆机械臂包含控制器，将N个含未知动态的双连杆机械臂视为跟随者，其与M个领导者通过单向拓扑图连接成的网络化系统作为被控对象，领导者构成一个静态凸包，利用跟随者各自的关节1和关节2输出的位置设计包含控制器，使得跟随者的输出收敛于该静态凸包内，所述的第i(1≤i≤N)个跟随者的控制器结构包括第1子控制器和第2子控制器，第1和2子控制器的输入端均与有向图的输出端相连，2个子控制器的输出端均与第i个跟随者的输入端连接，其特征在于：第1子控制器包括第一扩张状态观测器单元、误差面si,1,1运算单元、第一非线性运算单元、第一比较器单元、第一跟踪微分器单元和第二非线性运算单元；第一扩张状态观测器单元的两个输入端分别为第i个跟随者关节1的输出yi,1和第二非线性运算单元的输出ui,1；误差面si,1,1运算单元的输入端分别为有向图中观测器状态第k个领导者双连杆机械臂的输出yk,1,d、邻接通信aij和第一扩张状态观测器单元的输出第一非线性运算单元的输入端分别为有向图中观测器状态第j(1≤j≤N)个跟随者的输出yj,1、邻接通信aij、第i个跟随者关节1的输出yi,1、第一扩张状态观测器单元的输出和误差面si,1,1运算单元的输出；第一比较器单元为误差面si,1,2，其输入端为第一扩张状态观测器单元的输出和第一非线性运算单元的输出xi,1,2,d；第一跟踪微分器单元的输入端为第一非线性运算单元的输出xi,1,2,d；第二非线性运算单元的输入端为有向图中邻接通信aij、第i个跟随者关节1的输出yi,1、误差面si,1,1运算单元的输出、第一跟踪微分器单元的输出vi,1,2、第一比较器单元的输出si,1,2和第一扩张状态观测器单元的输出第2子控制器包括第二扩张状态观测器单元、误差面si,2,1运算单元、第三非线性运算单元、第二比较器单元、第二跟踪微分器单元和第四非线性运算单元；第二扩张状态观测器单元的两个输入端分别为第i个跟随者关节2的输出yi,2和第四非线性运算单元的输出ui,2；误差面si,2,1运算单元的输入端分别为有向图中观测器状态第k个领导者双连杆机械臂的输出yk,2,d、邻接通信aij和第二扩张状态观测器单元的输出第三非线性运算单元的输入端分别为有向图中观测器状态第j个跟随者关节2的输出yj,2、邻接通信aij、第i个跟随者关节2的输出yi,2、第二扩张状态观测器单元的输出和误差面si,2,1运算单元的输出；第二比较器单元为误差面si,2,2，其输入端为第二扩张状态观测器单元的输出和第三非线性运算单元的输出xi,2,2,d；第二跟踪微分器单元的输入端为第三非线性运算单元的输出xi,2,2,d；第四非线性运算单元的输入端为有向图中邻接通信aij、第i个跟随者关节2的输出yi,2、误差面si,2,1运算单元的输出、第二跟踪微分器单元的输出vi,2,2、第二比较器单元的输出si,2,2和第二扩张状态观测器单元的输出