1.一种分数阶多Euler-Lagrange系统有限时间跟踪控制方法,其特征在于,设计合适的非奇异终端滑模NTSM使得多Euler-Lagrange系统状态在有限时间内收敛,包括以下步骤:步骤1:根据多双连杆机械臂系统模型建立多Euler-Lagrange动力学方程,动力学方程中包含外部扰动wi(t),并给出多双连杆机械臂系统所满足的性质和假设;
多Euler-Lagrange系统由n个双连杆机械臂组成,其第i个双连杆跟随机械臂的动力学方程如式(1)所示:其中,qi、分别为第i个双连杆跟随机械臂的关节角速、关节角速度、关节角加速度,分别为第i个跟随机械臂的对称正定惯性矩阵、向心科里奥利矩阵、重力矢量,分别为第i个跟随机械臂的广义控制力矩、外部扰动;
多Euler-Lagrange系统满足以下性质和假设:性质1:有界性,存在正常数k1、k2、k3,使得其中,In为n阶单位矩阵,i=1,2,···,n;
性质2:反对称性,是反对称矩阵,对任意给定的向量有其中,i=1,2,···,n;
假设1:多Euler-Lagrange系统中模型的不确定性和外部扰动wi(t)是有界的,即||M-1(q)wi(t)||≤wsup (4)其中,wsup是已知的最小上确界,且wsup>0;
步骤2:定义关节位置误差关节速度误差引入Caputo分数阶微积分将改写为分数阶局部形式借助Kronecker积,将改写为分数阶全局形式多Euler-Lagrange系统定义关节位置误差关节速度误差分别如式(5)、(6)所示:其中,q0、分别为领导者的关节角度、关节角速度;
借助Caputo分数阶微积分概念,并结合式(1)可将式(5)、(6)改写为:借助Kronecker积,将式(7)、(8)分数阶局部形式改写为分数阶全局形式,分别如式(9)、(10)所示:其中,各全局变量的具体定义如下:
M(q)=diag{M1(q1),M2(q2),···,Mn(qn)},步骤3:基于建立的多Euler-Lagrange动力学方程,设计一个非奇异终端滑模控制NTSMC下有效的有限时间控制器τi(t);
设计一个NTSMC下有效的有限时间控制器τi(t)如式(11)所示:其中,τ(t)是τi(t)的全局形式,sign(s(t))是s(t)的符号函数,s(t)为NTSM函数,β>0,η为非负数,p1、p2均为奇数,且满足p2<p1<2p2,具体定义如下:其中,分别为领导者的关节角速度、关节角加速度;
为了简化证明过程,将(11)进一步改写为:
其中,τ=τ(t),s=s(t);
步骤4:引用适合分数阶多Euler-Lagrange系统的Lyapunov稳定性理论,以及定义有限时间达成分布式跟踪控制目标的条件;
步骤5:选取一类非奇异终端滑模NTSM函数,并构造一个合适的Lyapunov函数,从理论角度证明分数阶多Euler-Lagrange系统状态在有限时间内收敛;
选取的一类NTSM函数如式(17)所示:
对于多Euler-Lagrange系统,且NTSM函数(17)满足:s(t)=0 (18)
则多Euler-Lagrange系统状态q,在有限时间内收敛;
构造的Lyapunov函数如式(19)所示:
2.根据权利要求1所述的分数阶多Euler-Lagrange系统有限时间跟踪控制方法,其特征在于,所述步骤4中引用适合分数阶多Euler-Lagrange系统的Lyapunov稳定性理论如式(13)-(14)所示:令x(t)=0是非自治分数阶系统
的平衡点,如果存在Lyapunov函数V(t)和一个非负数η,满足下式:则称(13)是渐近稳定的;
定义有限时间达成分布式跟踪控制目标的条件如式(15)-(16)所示:其中,qi(t)表示为第i个双连杆跟随机械臂的关节角速,为第i个双连杆跟随机械臂的关节角速度,q0(t)领导者的关节角度,为领导者的关节角速度,为了简化证明过程可以将qi(t)、q0(t)、简化为qi、q0、