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专利号: 2022106712911
申请人: 安徽工业大学
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:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

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。