申请/专利权人：北京航空航天大学

申请日：2021-07-15

公开（公告）日：2024-02-02

公开（公告）号：CN113568308B

主分类号：G05B13/04

分类号：G05B13/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.02.02#授权;2021.11.16#实质审查的生效;2021.10.29#公开

摘要：本发明涉及一种基于干扰观测器的机械系统无力传感触觉力估计方法，建立配备电机位置传感器的机械系统动力学模型，合外干扰包含已知频率周期振动干扰与低频非周期干扰两部分，低频非周期干扰中的建模不确定性表示成乘积摄动模型的形式；根据干扰中的非周期部分及高频噪声频段特性，在标准H∞控制问题框架下给定优化策略，在连续域中得到最优的鲁棒干扰观测器，分离外干扰中的低频慢变外力信号；在离散域中设计指定频率陷波器，结合设计的鲁棒干扰观测器，设计复合鲁棒周期干扰观测器；建立机械系统触觉力模型，实现末端触觉力的估计与分离。本发明保证系统的鲁棒稳定，且过滤高频噪声和周期性振动干扰，提升触觉力传感的带宽及精度。

主权项：1.一种基于干扰观测器的机械系统无力传感触觉力估计方法，其特征在于：针对一类无外接力传感器的机械系统，通过加入复合鲁棒周期干扰观测器，实现触觉外力的在线估计，包括以下步骤：第一步，建立基于配备电机位置传感器的机械系统动力学模型，此机械系统动力学模型中的合外干扰包含已知频率周期振动干扰与低频非周期干扰两部分，低频非周期干扰中的建模不确定性表示成乘积摄动模型的形式；第二步，基于第一步动力学模型中低频非周期干扰及高频噪声频段特性，在标准H∞控制问题框架下确定优化策略，在连续域中得到鲁棒干扰观测器qas，分离外干扰中的低频慢变外力信号；第三步，基于第一步动力学模型中周期干扰的已知频率特性，在离散域中设计指定频率陷波器qpz；第四步，结合第二步中设计的鲁棒干扰观测器和第三步中的指定频率陷波器，设计复合鲁棒周期干扰观测器Qz；第五步，利用所述复合鲁棒周期干扰观测器，建立机械系统触觉力的模型，实现末端触觉力的估计与分离；所述第一步中，建立基于配备电机位置传感器的机械系统动力学模型的表达式如下： 其中，θ表示电机输出角度，为θ的二阶导数，表示电机输出角加速度，J表示电机惯性矩，τ为力矩，τm和τd分别表示电机总产生力矩和合外干扰力；将总干扰τd离散化，数学形式建模如下：τdk＝dpk+dakdpk＝dpk-N+ρk其中，τdk为合外干扰，dpk和dak分别为同时存在的周期性振动干扰和低频非周期干扰，k表示离散时间变量，N表示干扰的周期，ρk为周期干扰的更新率，模型如下： 其中，ρ0k为周期干扰的更新函数；将模型不确定性表示为如下乘积摄动形式的集合：ΩJ＝{Jss＝Jns·[I+ΔsWs]|||Δs||∞＜1}其中，s为传递函数复变量，Js表示真实电机惯量，Jn表示标称电机惯量，I为单位阵，||·||∞表示H∞范数，Δs表示实际对象频率特性对名义模型的摄动，满足Δs∈RH∞，Δs称为尺度因子，Ws是归一化权函数，假定Δs和Ws是稳定的传递函数，而且Δs的摄动不构成Jn中不稳定极点的消除，即，Jn和Js具有相同的不稳定极点，此时Δs是可容许的。

全文数据：

权利要求：

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