【技术实现步骤摘要】
存在输入饱和的不确定机械臂固定时间轨迹跟踪控制方法
本专利技术涉及机械臂控制领域，特别是指一种存在输入饱和的不确定机械臂固定时间轨迹跟踪控制方法。
技术介绍
机械臂对于提高生产自动化程度、提升国家制造业水平具有重要的意义，目前，机械臂被广泛的应用于生产、科研、服务等各个领域，发挥了重要的作用。其具有良好的特性可用来替代一些对于人类来说繁重的工作，例如，工业装配、汽车制造、太空探索、现代农林业等。控制系统在各种基于机械臂的任务中起着关键作用，不断提高控制系统精度、鲁棒性和降低功耗是自动化控制领域的目标。跟踪误差的收敛性能是描述控制系统性能的重要指标之一，因此机械臂末端位置需要实现跟踪误差的快速收敛以节省控制能量并减少瞬态响应时间，提升执行任务的效率。为了提高系统的收敛性能，有限时间控制技术逐渐被广大研究人员所推崇。有限时间控制技术在系统稳定域内，对系统的收敛速度提出了进一步要求，使收敛时间被限制在一个人为可控的范围内，这大大提高了系统的响应性能。同时，为了提高系统的鲁棒性，有限时间控制技术常常与干扰观测器技术相结合，利...
【技术保护点】
1.一种存在输入饱和的不确定机械臂固定时间轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括：/n建立带有粘性摩擦项的n自由度旋转关节刚性机械臂系统的动力学方程；/n根据建立的动力学方程及机械臂轨迹跟踪误差信号，建立考虑参数不确定性的跟踪误差动力学方程，其中，参数不确定性包括：动力学建模误差以及未知外界扰动；/n根据考虑参数不确定性的跟踪误差动力学方程，建立机械臂轨迹跟踪误差的状态空间模型；/n根据建立的状态空间模型，建立固定时间干扰观测器；/n根据机械臂轨迹跟踪误差信号，建立固定时间非奇异终端滑模面；/n根据执行器饱和效应参数，建立非线性抗饱和补偿器；/n根据建立的固定时间干扰观测器、固...
【技术特征摘要】
1.一种存在输入饱和的不确定机械臂固定时间轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括：
建立带有粘性摩擦项的n自由度旋转关节刚性机械臂系统的动力学方程；
根据建立的动力学方程及机械臂轨迹跟踪误差信号，建立考虑参数不确定性的跟踪误差动力学方程，其中，参数不确定性包括：动力学建模误差以及未知外界扰动；
根据考虑参数不确定性的跟踪误差动力学方程，建立机械臂轨迹跟踪误差的状态空间模型；
根据建立的状态空间模型，建立固定时间干扰观测器；
根据机械臂轨迹跟踪误差信号，建立固定时间非奇异终端滑模面；
根据执行器饱和效应参数，建立非线性抗饱和补偿器；
根据建立的固定时间干扰观测器、固定时间非奇异终端滑模面及非线性抗饱和补偿器，初步确定机械臂各关节驱动电机控制力矩指令，并结合执行器的控制力矩输出范围，得到机械臂各关节控制力矩。
2.根据权利要求1所述的存在输入饱和的不确定机械臂固定时间轨迹跟踪控制方法，其特征在于，建立的动力学方程表示为：
其中，x、分别表示机械臂关节的角度、角速度和角加速度；M(x)、D、g(x)分别表示机械臂实际正定惯性矩阵、离心力和科氏力矩阵、关节粘性摩擦系数矩阵、重力向量；M0(x)、C0(x)、D0、g0(x)分别表示机械臂正定惯性矩阵、离心力和科氏力矩阵、关节粘性摩擦系数矩阵、重力向量的估计值；MΔ(x)、CΔ(x)、DΔ(x)、gΔ(x)分别表示机械臂正定惯性矩阵、离心力和科氏力矩阵、关节粘性摩擦系数矩阵、重力向量的估计误差；u为机械臂各关节控制力矩；d为施加在机械臂上的外界干扰力矩。
3.根据权利要求2所述的存在输入饱和的不确定机械臂固定时间轨迹跟踪控制方法，其特征在于，控制力矩u满足的输入受限约束为：
其中，ui表示第i个机械臂关节的实际控制力矩，ui0表示通过所述轨迹跟踪控制方法得到的第i个机械臂关节的理论控制力矩，n表示机械臂关节数目，和分别为执行器能够输出的最小和最大控制力矩。
4.根据权利要求3所述的存在输入饱和的不确定机械臂固定时间轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述根据建立的动力学方程及机械臂轨迹跟踪误差信号，建立考虑参数不确定性的跟踪误差动力学方程包括：
根据机械臂各关节的期望跟踪角度xd、期望跟踪角速度及测量到的机械臂各关节的角度x和角速度计算机械臂轨迹位置跟踪误差e＝x-xd和速度跟踪误差
根据建立的动力学方程及机械臂轨迹跟踪误差信号e和建立考虑参数不确定性的跟踪误差动力学方程。
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