[发明专利]含预定义性能的多单臂机械手输出一致控制器及设计方法

摘要

本发明涉及一种含预设性能的多单臂机械手输出一致自抗扰控制器结构及设计方法，属于工业过程控制技术领域。具体涉及利用自抗扰技术与反演技术设计含有预设性能的多单臂机械手输出一致自抗扰控制器，利用扩张状态观测器不依赖系统模型的特点，可以实时估计并补偿扰动量的影响，使得所设计的控制器具有抗扰动性；设计跟踪微分器来简化复杂信号求导“爆炸”的现象；针对机械手系统受驱动力矩的约束，考虑到输入饱和特性，借助一辅助系统解决驱动力矩的限幅问题；采用预设性能函数提高输出一致误差的收敛速度与精度；该设计方案可以有效的估计系统未知动态、简化求导以及提高控制精度。

主权项

1.含预定义性能的多单臂机械手输出一致控制器，包含N个单臂机械手跟踪控制器，且N≥2；输出一致控制器的输入端与有向图G的输出端相连，输出端与跟随者的输入相连，所述跟随者为多智能体系统中除领导者之外的，含有未知动态的单臂机械手，所述多智能体系统由一个领导者与N个跟随者通过单向的拓扑图组成，其特征在于：所述输出一致控制器包括误差ei,1运算单元、第一个跟踪微分器、第一个扩张状态观测器、预设性能函数单元、第一个非线性运算单元、第一个比较单元、第二个跟踪微分器、第二个扩张状态观测器、第二个非线性运算单元、第二个比较单元、第三个跟踪微分器、第三个扩张状态观测器、第三个非线性运算单元以及辅助系统；所述误差ei,1运算单元的输入端分别是有向图G中的第j个跟随者的输出yj、跟随者的邻接通信ai,j、领导者的邻接通信μi、第i个跟随者的输出yi和领导者的输出yr；所述第一个跟踪微分器的输入端为第j个跟随者的输出yj；所述第一个扩张状态观测器的输入端分别为第一个跟踪微分器的输出vj,2、误差ei,1运算单元的输出以及第i个跟随者的状态xi,2；所述第一个非线性运算单元的输入端分别为有向图G中跟随者的邻接通信ai,j、领导者的邻接通信μi、第一个跟踪微分器的输出vj,2、误差ei,1运算单元的输出、第一个扩张状态观测器的输出Zi,1,2和预设性能函数单元的输出；所述第一个比较器单元的输入端分别为第i个跟随者的状态xi,2和第一个非线性运算单元的输出αi,2；所述第二个跟踪微分器的输入端为第一个非线性运算单元的输出αi,2；所述第二个扩张状态观测器的输入端分别为第二个跟踪微分器的输出vi,1,2、第一个比较单元的输出ei,2和第i个跟随者的状态xi,3；所述第二个非线性运算单元的输入端分别为预设性能函数单元的输出、第一个比较运算单元的输出ei,2、第二个跟踪微分器的输出vi,1,2以及第二个扩张状态观测器的输出Zi,2,2、跟随者的邻接通信aij以及领导者的邻接通信μi；所述第二个比较运算单元的输入端分别为第i个跟随者的状态xi,3和第二个非线性运算单元的输出αi,3；所述第三个跟踪微分器的输入端为第二个非线性运算单元的输出αi,3；所述第三个扩张状态观测器的输入端分别为第三个跟踪微分器的输出vi,2,2、第二个比较器单元的输出ei,3和第三个非线性运算的输出ui；所述第三个非线性运算单元的输入端分别为第三个跟踪微分器的输出vi,2,2、第一个比较器单元的输出ei,2、第二个比较器单元的输出ei,3、第三个扩张状态观测器的输出Zi,3,2以及辅助系统的输出ξ。