1.一种基于干扰观测器补偿的机械臂自适应滑模控制方法,其特征在于,步骤为:S1、建立机械臂的运动学模型:利用D-H模型建立坐标系,将机器人的基座当作参考坐标系,而各关节以及末端执行装置为运动参考系;
S2、建立机械臂的动力学模型:运用拉格朗日法对机械臂动力学建模;
S3、设计干扰观测器:对步骤S2中系统建模误差的可观测部分在线观测,通过调整干扰观测器的增益矩阵,使得观测误差呈指数衰减,最终收敛;
S4、滑模控制器和新型控制趋近律:基于等速趋近律与指数趋近律,运用特殊幂次函数趋近律改善抖振,并减小收敛时间和跟踪误差;
S5、机械臂系统自适应律的设计:通过自适应律控制对干扰的不可观测部分进行估计补偿;
所述步骤S4中,定义关节位置误差:其中
取滑模函数为
其中
取新型控制趋近律为:
函数
对于所述趋近律,当
2.如权利要求1所述的基于干扰观测器补偿的机械臂自适应滑模控制方法,其特征在于,所述步骤S1中:S1-1、定义各机械臂的参数及改进的D-H坐标方法如下:连杆长度
连杆旋转角
连杆偏距
关节运动角度
S1-2、改进D-H坐标系建立的步骤为,画出各关节轴:原点:第
关节轴
如果第一个关节的变量为0,则定义坐标系
3.如权利要求2所述的基于干扰观测器补偿的机械臂自适应滑模控制方法,其特征在于,所述步骤S1中所有相邻两个连杆之间的位姿转换关系表示形式进行计算,表达式为:机械臂末端的工具坐标系相对于基坐标系的运动学模型描述为:其中
4.如权利要求3所述的基于干扰观测器补偿的机械臂自适应滑模控制方法,其特征在于,所述步骤S2中首先定义拉格朗日函数为:式中
其中
机械臂动力学模型为:
其中
外部扰动信号
5.如权利要求4所述的基于干扰观测器补偿的机械臂自适应滑模控制方法,其特征在于,所述步骤S3中,在没有微分先验知识的前提下,假设扰动相对于干扰观测器是缓慢变化的,即:定义干扰观测器的误差
干扰观测定义为:
结合式(5)(7)(8)(9)式可得:干扰观测器的表达式为:
其中
6.如权利要求5所述的基于干扰观测器补偿的机械臂自适应滑模控制方法,其特征在于,在所述步骤S4中设计机械臂系统控制律:基于式(14)可得:令式(16)等于零,为了达到趋近律是步骤S4中设计的特殊幂次趋近律,设计机械臂系统的控制律为:
7.如权利要求6所述的基于干扰观测器补偿的机械臂自适应滑模控制方法,其特征在于,在所述步骤S5中定义为了导出机械臂系统的自适应律,定义自适应滑模控制的李亚普诺夫函数为:令
自适应律取为
此时,机械臂系统的控制律为:
8.如权利要求7所述的基于干扰观测器补偿的机械臂自适应滑模控制方法,其特征在于,还包括步骤S6,仿真验证和结果分析:运用反演控制方法,结合观测器和自适应滑模控制器,设计判断整个机械臂系统稳定的李亚普诺夫模型,选取适当的常值和常值矩阵,保证整个机械臂系统具有全局意义的渐进稳定。