申请/专利权人：山东大学

申请日：2024-03-14

公开（公告）日：2024-05-17

公开（公告）号：CN117885103B

主分类号：B25J9/16

分类号：B25J9/16;B25J13/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.17#授权;2024.05.03#实质审查的生效;2024.04.16#公开

摘要：本发明公开了一种基于降阶扩张状态观测器的柔性机械臂控制方法及系统，涉及多关节柔性机械臂运动控制技术领域。本发明通过改进动态面控制器解决了传统反步控制方法中的“微分爆炸”问题，并通过引入有限时间滤波器有效减少了传统动态面控制方法中的滤波误差，提高了多关节柔性机械臂系统的轨迹跟踪精度；针对传统的扩张状态观测器的系统冗余和相位滞后问题设计了降阶扩张状态观测器，减少了系统的计算负担，提高了观测器的观测精度，使得所设计的多关节柔性机械臂控制系统能够适用于多种不同类型的扰动抑制情况，具有良好的抗干扰性能和轨迹跟踪精度。

主权项：1.基于降阶扩张状态观测器的柔性机械臂控制方法，其特征在于，包括以下步骤：获取多关节柔性机械臂的动力学参数，根据柔顺执行器的工作原理，建立由柔顺执行器驱动的多关节柔性机械臂动力学方程；基于动力学方程根据预先选取的状态变量建立系统状态方程，并将多关节柔性机械臂动力学方程重构为积分串联型系统状态方程；根据积分串联型系统状态方程设计全阶扩张状态观测器观测系统未知状态向量以及集总时变扰动；通过变量替换将全阶扩张状态观测器降阶为降阶扩张状态观测器；根据李雅普诺夫稳定性理论和反步设计法设计虚拟控制律以及动态面实际控制律，从而构成动态面控制器；根据动态面控制器实际输出信号结合降阶扩张状态观测器对系统集总时变扰动的观测值设计复合抗扰控制器，并利用复合抗扰控制器的输出力矩对多关节柔性机械臂进行控制；基于动力学方程根据预先选取的状态变量建立系统状态方程，并将多关节柔性机械臂动力学方程重构为积分串联型系统状态方程的具体步骤为:选取关节角度、角速度、电机转动角度和电机转动角速度作为系统的状态变量，考虑多关节柔性机械臂的系统参数不确定性以及电机端和负载端的未知扰动将多关节柔性机械臂动力学方程重构为状态空间方程；重新选取关节角度、角速度、角加速度和加加速度作为新的状态变量，并将集总时变扰动扩张为新的状态变量，将多关节柔性机械臂的状态方程重构为积分串联型系统状态空间方程；根据李雅普诺夫稳定性理论和反步设计法设计虚拟控制律以及动态面实际控制律的具体步骤为：根据李雅普诺夫稳定性理论和反步设计法，结合系统跟踪误差构建李雅普诺夫函数；在李雅普诺夫函数中引入有限时间滤波器输出信号，并通过对相应的李雅普诺夫函数进行求导，得到虚拟控制律以及动态面实际控制律；通过有限时间滤波器对虚拟控制律信号进行滤波，并根据降阶扩张状态观测器的系统状态和有限时间滤波器的输出信号定义系统跟踪误差；复合抗扰控制器设计为：，其中，为复合抗扰控制器的输出力矩，为控制律增益转换矩阵，，为关节加速度，以及关节加加速度的跟踪误差向量，为控制律增益系数，为有限时间滤波器对第三虚拟控制律的滤波导数，为降阶状态观测器对于系统集总扰动的观测信号。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 山东大学 基于降阶扩张状态观测器的柔性机械臂控制方法及系统

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD