[发明专利]基于双层结构的机械臂执行器故障容错控制系统及其方法

摘要

本发明运用分层结构控制优化思想，提出一种基于双层结构的机械臂执行器故障容错控制系统及其方法，属于自动控制技术领域。为减小计算量，提高实时性，采用泰勒级数展开式建立执行器故障下离散系统模型；设计FDD单元主动处理故障为题，将其估计的故障信息引入故障模型，实现主动容错；考虑实际系统存在的不确定因素，采用反馈校正机制进行补偿；机械臂容错控制器由轨迹规划层和跟踪控制层组成，根据每层不同的控制目标，分别设计控制器，对问题更有针对性。这种双层结构的容错控制能很好地处理存在的系统约束条件，具有强鲁棒性，能有效解决复杂机械臂执行器恒偏差故障问题，保障整个系统的稳定性和控制性能。

主权项

1.一种基于双层结构的机械臂执行器故障容错控制系统，其特征在于，该系统包括：机械臂执行器离散故障模型，采用泰勒级数展开式建立；故障诊断(FDD)单元，其基于自适应观测器对故障主动进行诊断并估计故障信息，并将估计的故障信息引入机械臂执行器离散故障模型，实现主动容错；机械臂容错控制器包括轨迹规划层和跟踪控制层，两层之间交互信息，根据每层不同的控制目标，分别设计控制器，其中，所述轨迹规划层设计轨迹规划控制器，规划出一条满足系统约束条件的最优参考轨迹；所述跟踪控制层为提高计算效率，采用简便方法设计轨迹跟踪控制器实现对参考轨迹的追踪；预测故障模型，在轨迹规划层，利用MPC算法实现对故障机械臂预测时域内最优轨迹的规划，将得到的规划轨迹传递给跟踪控制层；预测滑模故障模型，在跟踪控制层，将滑模控制引入模型预测控制设计中，利用跟踪误差向量构造预测滑模故障模型，求解优化问题得到控制侓，使故障机械臂系统各关节依然快速到达目标位置；反馈校正机制补偿系统，对实际系统存在的不确定因素进行补偿。