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专利号: 2021115401989
申请人: 南京信息职业技术学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2025-03-25
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种双框架飞机蒙皮检测机器人连续切换运动的控制方法,其特征在于,包括:获取双框架飞机蒙皮检测机器人的吸附系统的状态;

利用预先构建的最小吸附力跟踪控制器对吸附系统进行控制,实现对双框架蒙皮检测机器人连续切换运动的控制;

其中,所述预先构建的最小吸附力跟踪控制器,通过以下步骤构建:根据获取到的吸附系统的状态,构建包含已知输入时延、未知输出时延、无法检测状态及未知外部干扰的吸附系统模型;所述吸附系统模型,通过下式表示:其中:

式(1)和(2)中,P1为吸盘内的压强差;h1,h2分别为输入输出时延;d1,d2为外部干扰;u为控制输入;y为控制输出;Cg为管线中气体的流容;Cr为吸盘容腔内的气体流容;R1为吸盘腔内流阻;R2为从吸盘唇边与机身表面间的流阻;为吸盘内的压强差变化率;为P1变化的加速度;t为时间;

基于吸附系统模型,利用预测器对已知输入时延进行了补偿,得到无输入时延的吸附系统模型;其中,所述得到无输入时延的吸附系统模型,包括:通过预测器引入一个预测状态,表示为:

式(3)中,x为状态变量,s为辅助变量;

将吸附系统模型进行转化,得到无输入时延的吸附系统模型,表示为:其中,x(t+h1)为t+h1时刻状态, 为变换后的新状态变量,写为xp=x(t+h1),满足式(3)和(4)中,A、B、C、D通过下式表示:C=[1 0],

基于无输入时延的吸附系统模型,利用辅助矢量将未知输出时延转化为未知输出干扰,建立增广观测器对位置输出干扰和无法检测状态进行观测;

根据获取到的吸附系统的状态和观测结果,得到最小吸附力和最小吸附力误差的表达式,利用神经网络对未知外部干扰进行补偿,基于得到的表达式和补偿结果,利用Backstepping方法构建最小吸附力跟踪控制器。

2.根据权利要求1所述的双框架飞机蒙皮检测机器人连续切换运动的控制方法,其特征在于,所述利用辅助矢量将未知输出时延转化为未知输出干扰,包括:引入一个辅助矢量,表示为:

Υ(xp1(t))=Cxp(t)‑Cxp(t‑h2)         (6)令 将未知输出时延转化为未知输出干扰,得到无输入输出延时的吸附系统模型,表示为:

式(6)和(7)中,D'(x(t))为总干扰,通过下式表示:式(8)中,D(x(t))为时间t时刻的干扰;D(x(t‑h1))为时间t‑h1时刻的干扰;

式(6)和(7)中, Co通过下式表示:

3.根据权利要求2所述的双框架飞机蒙皮检测机器人连续切换运动的控制方法,其特征在于,所述建立增广观测器对位置输出干扰和无法检测状态进行观测,包括:建立增广观测器,表示为:

3

式(10)中, K为中间辅助参数,y(t)为输出变量,χ(t)∈R 为辅助状态变量,为 的估计,S为待设计参数,则有:建立观测误差: 则增广观测器的观测误差系统,表示为:式(12)中,通过下式表示:

选择待设计参数S使增广观测器的观测误差渐进为0;

利用观测误差渐进为0的增广观测器对位置输出干扰和无法检测状态进行观测,得到观测结果。

4.根据权利要求3所述的双框架飞机蒙皮检测机器人连续切换运动的控制方法,其特征在于,所述得到最小吸附力和最小吸附力误差的表达式,包括:通过下式得到最小吸附力:

Fmin(α,β,Lg)=max(Fsmin,Fpmin)  (14)式(14)中,α为吸盘变形引起的倾角;β为重心的偏移角;Lg为重点的偏移量;Fp min为最小抗倾倒吸附力通过下式表示:式(15)中,G为双框架飞机蒙皮检测机器人所受重力,L1为双框架飞机蒙皮检测机器人的宽,Hg为重心到四个吸盘所在平面的距离;

式(14)中,Fs min为最小抗滑落吸附力通过下式表示:式(16)中,σ为辅助参数,通过下式表示:

2 2 2 2 2

σ=2(μ+1)sin(α)cos(α)Hg+cos (α)sin(β)L1‑2(μ+1)sin(α)cos(α)cos(β)Lg‑μsin(α) (17)通过下式得到最小吸附力误差:

式(18)中,εi(i=1,2)为跟踪误差,yp为新的输出变量,yd为最小抗滑落吸附力Fs min,ζ为辅助控制率。

5.根据权利要求4所述的双框架飞机蒙皮检测机器人连续切换运动的控制方法,其特征在于,所述预先构建的最小吸附力跟踪控制器,通过下式表示:0

式(19)中, 为估计权值,c1,c2,δw1,δw2为正常数,W1 , 为正向量;ζ1为辅助控制率, 为估计自适应变化率,σw1,σw2,σδ1,σδ2为正常数,φ为激活函数, 分别为yd的一阶导数和二阶导数, 为xp2的估计值,Γ1,Γ2为预设参数; 为 的一阶导数,为 的一阶导数。

6.一种双框架飞机蒙皮检测机器人连续切换运动的控制系统,其特征在于,包括:获取模块:用于获取双框架飞机蒙皮检测机器人的吸附系统的状态;

控制模块:用于利用预先构建的最小吸附力跟踪控制器对吸附系统进行控制,实现对双框架蒙皮检测机器人连续切换运动的控制;

其中,所述预先构建的最小吸附力跟踪控制器,通过以下步骤构建:根据获取到的吸附系统的状态,构建包含已知输入时延、未知输出时延、无法检测状态及未知外部干扰的吸附系统模型;所述吸附系统模型,通过下式表示:其中:

式(1)和(2)中,P1为吸盘内的压强差;h1,h2分别为输入输出时延;d1,d2为外部干扰;u为控制输入;y为控制输出;Cg为管线中气体的流容;Cr为吸盘容腔内的气体流容;R1为吸盘腔内流阻;R2为从吸盘唇边与机身表面间的流阻; 为吸盘内的压强差变化率;为P1变化的加速度;t为时间;

基于吸附系统模型,利用预测器对已知输入时延进行了补偿,得到无输入时延的吸附系统模型;其中,所述得到无输入时延的吸附系统模型,包括:通过预测器引入一个预测状态,表示为:

式(3)中,x为状态变量,s为辅助变量;

将吸附系统模型进行转化,得到无输入时延的吸附系统模型,表示为:其中,x(t+h1)为t+h1时刻状态, 为变换后的新状态变量,写为xp=x(t+h1),满足式(3)和(4)中,A、B、C、D通过下式表示:C=[1 0],

基于无输入时延的吸附系统模型,利用辅助矢量将未知输出时延转化为未知输出干扰,建立增广观测器对位置输出干扰和无法检测状态进行观测;

根据获取到的吸附系统的状态和观测结果,得到最小吸附力和最小吸附力误差的表达式,利用神经网络对未知外部干扰进行补偿,基于得到的表达式和补偿结果,利用Backstepping方法构建最小吸附力跟踪控制器。

7.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质,其特征在于,所述一个或多个程序包括指令,所述指令当由计算设备执行时,使得所述计算设备执行根据权利要求1至5所述的方法中的任一方法。