多机械臂系统的自适应有限时间命令滤波反步控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多机械臂系统的自适应有限时间命令滤波反步控制方法。该方法包括构建有限时间命令滤波器、虚拟控制信号、自适应更新律和误差补偿机制等过程。本发明专利技术方法不仅可以避免传统反步法造成的计算复杂性问题，还可以确保系统在含有不确定参数和未知动态下，集合跟踪误差有限时间收敛到期望邻域内。此外，运用误差补偿信号可以消除命令滤波产生的误差，进一步提高控制性能。由于虚拟信号和误差补偿机制只使用每个机械臂的邻域信息，因此本发明专利技术方法完全是分布式的，仿真结果进一步表明本发明专利技术方法的有效性。

Adaptive finite-time command filtering backstepping control method for multi-manipulator system

【技术实现步骤摘要】
多机械臂系统的自适应有限时间命令滤波反步控制方法
本专利技术涉及一种多机械臂系统的自适应有限时间命令滤波反步控制方法。
技术介绍
多机械系统协同控制由于其成本低、效率高且在工业应用中具有多功能性等优点，被视为重要的研究领域，同步问题在多机械系统协同控制中具有重要意义。已有的多机械系统同步控制方法主要适用于解决无领导者的同步问题或者领导者与跟随者的同步问题。近年来，人们对建立不同机械系统的包容控制协议越来越感兴趣，该协议保证跟随者的状态最终收敛于领导者的状态形成的凸包中。例如，文献1研究了由有向图描述下不确定多欧拉-拉格朗日系统的包容控制；文献2针对网络化柔性关节机器人系统提出了一种分布式自适应包容控制方案。然而，上述各篇文献均只具有渐近收敛速度。位置或姿态的快速同步是多机械系统在工业或其他应用中的重要指标，因此有限时间收敛控制器是工程师更期望的控制器。最近，众多学者给出了多机械系统的不同的有限时间同步协议。例如，文献3利用齐次方法研究多个机械手的有限时间同步问题；文献4利用加幂积分方法研究多个航天器姿态的有限时间同步问题。然而，当考虑参数不确定性和系统具有的未知的非线性动态，文献3和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多机械臂系统的自适应有限时间命令滤波反步控制方法，其特征在于，包括如下步骤：设定多机械臂系统具有N个跟随机械臂和M个领导机械臂，跟随机械臂集υF＝{1,...,N}，领导机械臂集υL＝{N+1,...,N+M}；N个跟随机械臂和M个领导机械臂之间的通信拓扑结构关系由有向图

【技术特征摘要】
1.多机械臂系统的自适应有限时间命令滤波反步控制方法，其特征在于，包括如下步骤：设定多机械臂系统具有N个跟随机械臂和M个领导机械臂，跟随机械臂集υF＝{1,...,N}，领导机械臂集υL＝{N+1,...,N+M}；N个跟随机械臂和M个领导机械臂之间的通信拓扑结构关系由有向图表示；其中，节点集υ＝{1,2,...,N+M}，边集定义邻接矩阵A＝[amn]∈R(N+M)×(N+M)；其中，amn表示边的权重，R(N+M)×(N+M)表示矩阵维数为(N+M)×(N+M)维；若存在有向边(m,n)∈ε，则节点n称为节点m的父节点，节点m称为节点n的子节点；节点m的邻居节点集合为Nm＝{n|(n,m)∈ε}，若(n,m)∈ε,amn＞0，amn＝0；邻接矩阵A对角线元素均为0；定义有向图的拉普拉斯矩阵为L＝[lmn]∈R(N×M)(N×M)，lmn＝-amn，有向图的s个节点间的有向路径是具有边的序列(k1,k2),(k2,k3),...,(ks-1,ks)；假设第i个跟随机械臂系统的模型为：式中，qi∈Rn为跟随机械臂关节位置向量；Mi(qi)∈Rn×n为对称惯性矩阵；为向心力矩和科里奥利力矩矩阵；Gi(qi)∈Rn为重力项；τi∈Rn为驱动力矩；Rn表示向量维数为n维，Rn×n表示矩阵维数为n×n维；定义领导机械臂关节位置向量为qj∈Rn,j∈vL；下面构造多机械臂系统的自适应有限时间命令滤波反步控制方法，使跟随机械臂关节位置向量qi能够在有限时间内收敛到领导机械臂关节位置向量qj形成的凸包；在反步控制方法的每一步中都将采用下面的滑模微分器作为命令滤波器：其中，ri,1,z表示滑模微分器参数，ri,2,z表示滑模微分器参数；αi,1,z表示虚拟控制信号αi,1的第z个分量，z＝1,2,...,n；ωi,1,z表示滑模微分器的状态，ωi,2,z表示滑模微分器的状态；sign表示符号函数；ιi,2＝[ωi,1,1,...,ωi,1,n]T作为第i个跟随机械臂所使用滑模微分器的输出；虚拟控制信号αi,1作为第i个跟随机械臂所使用滑模微分器的输入；在包容控制设计中，定义以下仅依赖于相邻信息的局部跟踪误差：其中，ei,1表示局部跟踪误差向量；ei,2表示关节速度向量与滑模微分器输出向量的误差；qc表示跟随机械臂集合中与qi有通信连接的跟随机械臂的关节位置向量；qw表示领导机械臂集合中与qi有通信连接的领导机械臂的关节位置向量；定义Ni表示第i个跟随机械臂邻居节点集合，i∈υF；定义其中分别表示每个跟随机械臂局部跟踪误差向量的转置，分别表示每个跟随机械臂关节位置向量的转置，分别表示每个领导机械臂关节位置向量的转置；其中，L1是对称正定的，L2表示拉普拉斯矩阵的对应分量；定义其中，分别表示每个跟随机械臂对应的集合跟踪向量的转置；如果||EF||→0，即QF→Qd确保有限时间内满足，则qi∈υF有限时间到达Co{qj,j∈υL}，即跟随机械臂关节位置向量qi在有限时间到达领导机械臂关节位置向量qj形成的凸包内；其中，Co表示领导机械臂关节位置向量qj形成的凸包；由公式(3)构造虚拟控制信号αi,1和驱动力矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵林，于金鹏，孟凡丰，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东,37