一种基于复合积分滑模的多机械臂系统同步控制方法技术方案

一种基于复合积分滑模的多机械臂系统同步控制方法，包括以下步骤：步骤1,建立多机械臂系统模型；步骤2,定义多机械臂系统跟踪误差，同步误差及耦合误差；步骤3,设计复合积分滑模控制器。本发明专利技术使用交叉耦合同步控制方法，提高机械臂内部的同步性能；同时应用复合积分滑模，有效减少系统的稳态误差；同时使用自适应方法估计不确定性上界并对其进行补偿，提高系统的鲁棒性。

A synchronization control method for multi robot arm system based on composite integral sliding mode

A multi-manipulator system synchronization control method based on composite integral sliding mode is proposed, which includes the following steps: step 1, establishing the multi-manipulator system model; step 2, defining the tracking error, synchronization error and coupling error of the multi-manipulator system; step 3, designing the composite integral sliding mode controller. The cross-coupling synchronization control method is used to improve the synchronization performance of the manipulator, and the composite integral sliding mode is used to effectively reduce the steady-state error of the system, and the adaptive method is used to estimate the upper bound of uncertainty and compensate it, so as to improve the robustness of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于复合积分滑模的多机械臂系统同步控制方法
本专利技术涉及一种基于复合积分滑模的多机械臂系统同步控制方法。特别是带有系统建模不精确、参数不确定以及外部扰动的多机械臂系统滑模控制方法。
技术介绍
多机械臂系统是由多个单机械臂组成的控制系统，广泛应用于工业制造、运输以及航空航天等各种领域。多机械臂系统相比于单机械臂系统存很多优点：首先，多机械臂系统输出的力矩更大，能够举起更重的物体；其次，多机械臂拥有更大的工作空间和灵活性，能够完成更多更复杂的任务。若将以往单机械臂控制算法应用于多机械臂系统中，必然会导致系统同步性能欠佳，轻则导致生产任务失败，重则导致机器故障，生产中止，造成巨额财产损失。同步控制指，控制系统中每个机械臂能在追踪参考信号的情况下同时保持一定的位置关系。将同步控制引入多机械臂，为多机械臂控制系统提供了新的控制框架。
技术实现思路
为了克服现有的多机械臂系统的精度较低和同步性能较差的不足，本专利技术提出一种基于复合积分滑模的多机械臂系统同步控制方法。本专利技术使用交叉耦合同步控制方法，提高机械臂内部的同步性能；同时应用复合积分滑模，有效减少系统的稳态误差；同时使用自适应方法估计不确定性上界并对其进行补偿，提高系统的鲁棒性。为了解决上述技术问题提出的技术方案如下：一种基于复合积分滑模的多机械臂系统同步控制方法，所述控制方法包括以下步骤：步骤1,建立多机械臂系统模型，过程如下：1.1,多机械系统臂模型多机械臂系统包含4个单机械臂，每个单机械臂物理参数相同，其模型表示成如下形式其中，M21＝M12c＝m2l1l2sin(q2)G＝[G1G2]TG1＝(m1+m2)gl1cos(q2)+m2gl2cos(q1+q2)C2＝m2gl2cos(q1+q2)其中，M是机械臂惯性矩阵；C是机械臂科里奥利力与摩擦力等非线性因素构成的耦合矩阵；G是机械臂重力；x是机械臂末端执行器位置坐标；J是机械臂的雅可比矩阵；q1，q2是机械臂关节1与关节2的转角；l1，l2为机械臂关节1与关节2的长度；m1，m2是机械臂关节1与关节2的质量；g是重力加速度；j1，j2是每个关节的转动惯量；τ是输入力矩；d是作用于关节的扰动；t是系统运行时间；1.2，将机械臂模型分解其中，M0，C0，G0是已建模部分，是未建模部分；则式(1)改写成其中，是系统不确定项；1.3,假设||F||≤Yθ(4)其中，||F||是F的范数，回归参数矩阵q＝[q1q2]T，θ＝[θ0；θ1；θ2]为自适应参数；步骤2,定义多机械臂系统跟踪误差，同步误差及耦合误差，过程如下：2.1,定义多机械臂的跟踪误差e是e＝x-xd(5)其中，e＝[e1e2e3e4]，xd＝x(0)+[x(f)-x(0)](1-exp(-t))是参考轨迹,x(0)是末端执行器初始位置，x(f)是末端执行器最终位置；2.2,定义多机械臂的同步误差ε为其中，是同步误差系数矩阵；2.3,定义多机械臂的耦合误差E是E＝e+αε＝Ae(7)其中，A＝I+αT是耦合误差系数矩阵，I是单位阵，α是正数；步骤3,设计复合积分滑模控制器，过程如下：3.1,设计如下复合积分滑模面其中，c1,c2是正定矩阵，ρ1＝p/q是正数且p,q是正数，S是快速终端滑模面，表达式为其中，c3,c4是正定矩阵，0<ρ2<1；3.2,设计输入力矩τ与参数自适应律分别为τ＝τ0+τ1+τF(10)其中，是θ的估计，k1,k2>0是控制器参数,Λ1,Λ2是正定矩阵；3.4,设计李雅普诺夫函数：其中，是θ的估计误差；对V求导并将式(10)-(14)代入，得其中，ζ>0，则系统是稳定的。本专利技术结合复合积分滑模，同步控制和自适应控制技术，设计基于复合积分滑模的同步控制器，实现多机械臂系统的同步性能和位置精确跟踪控制。本专利技术的技术构思为：多机械臂系统要求机械臂之间具有一定的同步性能，因此使用交叉耦合同步控制策略。针对系统未建模动态、参数不确定以及存在外部扰动的多机械臂系统，运用自适应控制理论，设计一种基于复合积分滑模的多机械臂系统同步控制方法，尽可能地消除了不确定性对系统控制的影响。通过复合积分滑模面，保证系统跟踪误差快速稳定地收敛，实现多机械臂系统的快速稳定控制。本专利技术的有益效果为：保证系统的同步性能，改善系统的跟踪性能，使其能快速收敛并减小稳态误差。附图说明图1为本专利技术的控制流程图；图2为参考轨迹为xd＝x(0)+[x(f)-x(0)](1-exp(-t))时本专利技术的位置跟踪轨迹示意图；图3为参考轨迹为xd＝x(0)+[x(f)-x(0)](1-exp(-t))时本专利技术的位置同步误差示意图；图4为参考轨迹为xd＝x(0)+[x(f)-x(0)](1-exp(-t))时本专利技术控制信号示意图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明。参照图1-图4，一种基于复合积分滑模的多机械臂系统同步控制方法，所述控制方法包括以下步骤：步骤1,建立多机械臂系统模型，过程如下：1.1,多机械系统臂模型多机械臂系统包含4个单机械臂，每个单机械臂物理参数相同，其模型表示成如下形式其中,M21＝M12c＝m2l1l2sin(q2)G＝[G1G2]TG1＝(m1+m2)gl1cos(q2)+m2gl2cos(q1+q2)G2＝m2gl2cos(q1+q2)其中，M是机械臂惯性矩阵；C是机械臂科里奥利力与摩擦力等非线性因素构成的耦合矩阵；G是机械臂重力；x是机械臂末端执行器位置坐标；J是机械臂的雅可比矩阵；q1，q2是机械臂关节1与关节2的转角；l1，l2为机械臂关节1与关节2的长度；m1，m2是机械臂关节1与关节2的质量；g是重力加速度；j1，j2是每个关节的转动惯量；τ是输入力矩；d是作用于关节的扰动；t是系统运行时间；1.2，将机械臂模型分解其中，M0，C0，G0是已建模部分，是未建模部分；则式(1)改写成其中，是系统不确定项；1.3,假设||F||≤Yθ(4)其中，||F||是F的范数，回归参数矩阵q＝[q1q2]T，θ＝[θ0；θ1；θ2]为自适应参数；步骤2,定义多机械臂系统跟踪误差，同步误差及耦合误差，过程如下：2.1,定义多机械臂的跟踪误差e是e＝x-xd(5)其中，e＝[e1e2e3e4]，xd＝x(0)+[x(f)-x(0)](1-exp(-t))是参考轨迹,x(0)是末端执行器初始位置，x(f)是末端执行器最终位置；2.2,定义多机械臂的同步误差ε为其中，是同步误差系数矩阵；2.3,定义多机械臂的耦合误差E是E＝e+αε＝Ae(7)其中，A＝I+αT是耦合误差系数矩阵，I是单位阵，α是正数；步骤3,设计复合积分滑模控制器，过程如下：3.1,设计如下复合积分滑模面其中，c1,c2是正定矩阵，ρ1＝p/q是正数且p,q是正数，S是快速终端滑模面，表达式为其中，c3,c4是正定矩阵，0<ρ2<1；3.2,设计输入力矩τ与参数自适应律分别为τ＝τ0+τ1+τF(10)其中，是θ的估计，k1,k2>0是控制器参数,Λ1,Λ2是正定矩阵；3.4,设计李雅普诺夫函数：其中，是θ的估计误差；对V求导并将式(10)-(14)代入，得其中，ζ&g本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于复合积分滑模的多机械臂系统同步控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：步骤1，建立多机械臂系统模型，过程如下：1.1，多机械系统臂模型多机械臂系统包含4个单机械臂，每个单机械臂物理参数相同，其模型表示成如下形式

【技术特征摘要】
1.一种基于复合积分滑模的多机械臂系统同步控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：步骤1，建立多机械臂系统模型，过程如下：1.1，多机械系统臂模型多机械臂系统包含4个单机械臂，每个单机械臂物理参数相同，其模型表示成如下形式其中，M21＝M12c＝m2l1l2sin(q2)G＝[G1G2]TG1＝(m1+m2)gl1cos(q2)+m2gl2cos(q1+q2)G2＝m2gl2cos(q1+q2)其中，M是机械臂惯性矩阵；C是机械臂科里奥利力与摩擦力等非线性因素构成的耦合矩阵；G是机械臂重力；x是机械臂末端执行器位置坐标；J是机械臂的雅可比矩阵；q1，q2是机械臂关节1与关节2的转角；l1，l2为机械臂关节1与关节2的长度；m1,m2是机械臂关节1与关节2的质量；g是重力加速度；j1,j2是每个关节的转动惯量；τ是输入力矩；d是作用于关节的扰动；t是系统运行时间；1.2,将机械臂模型分解其中，M0,C0,G0是已建模部分，是未建模部分；则式(1)改写成其中，是系统不确定项；1.3,假设||F||≤Yθ(4)其中，||F||是F的范数，回归参数矩阵q＝[q1q2]T，θ＝[θ0；θ...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈强，骆一堃，南余荣，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33