一种复杂遥操作技术的神经自适应固定时间控制方法技术

本发明专利技术提供了一种复杂遥操作技术的神经自适应固定时间控制方法，包括：首先对遥操作系统的主从机器人进行运动学和动力学建模，并设定跟踪误差；然后建立主机器人的操作员对整个要操作系统影响的控制框架及主从机器人之间的通讯；最后设计神经自适应固定时间控制器，并结合所述运动学和动力学模型，实现遥操作系统中主从机器人互相位置和轨迹跟踪的固定时间稳定。本发明专利技术的有益效果是：更加贴近实际；更加富有工程意义，考虑了主从机器人之间无法避免的通讯时滞，并且考虑的时滞是更加现实化的混合时滞；实现了固定时间跟踪，使得本发明专利技术方法拥有更强的适应工程需求能力，并且应用神经网络，降低了控制成本，减小了控制代价。

【技术实现步骤摘要】
一种复杂遥操作技术的神经自适应固定时间控制方法
本专利技术涉及工业控制
，尤其涉及一种复杂遥操作技术的神经自适应固定时间控制方法。
技术介绍
遥操作是一门多学科交叉学科，它集合了力学、电子学、信息论、自动化理论等领域。值得注意的是机器人技术就是诞生于两种技术的结合——遥操作和数控铣床。而随着科技以及工业的快速发展，机器人以及遥操作技术也得到了快速发展。由于工业自动化的全面发展和科学技术的提高，遥操作技术的快速更新进步，正满足了当下工业自动化的需求，并且还能替代人类完成高危险高难度的任务。然而遥操作技术在实际应用中会有各种各样的难题制约着它的发展，其中最显著的就是遥操作技术中主从机器人本身的参数不确定性和所受到的外部扰动会影响遥操作技术实现目标，也会使遥操作技术的控制代价增加；另一方面是遥操作技术中主从机器人之间的通讯通道的通讯信号的时滞问题，但这些问题又是在实际工程中无法避免的。此外，遥操作技术一般执行任务都是多个任务连续执行，一个问题就是，如果使用该项技术的人能够提前预知每一个任务的完成时间，那么势必会使得遥操作技术的控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复杂遥操作技术的神经自适应固定时间控制方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS101：对遥操作系统的主从机器人进行运动学和动力学建模，并设定跟踪误差；其中，在所建立的模型中加入了主机器人的操作员对主机器人的影响力以及环境因素对从机器人的影响以力；/nS102：建立主机器人的操作员对整个遥操作系统影响的控制框架及主从机器人之间的通讯；/nS103：设计神经自适应固定时间控制器，并结合所述运动学和动力学模型，实现遥操作系统中主从机器人的固定时间轨迹跟踪控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种复杂遥操作技术的神经自适应固定时间控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S101：对遥操作系统的主从机器人进行运动学和动力学建模，并设定跟踪误差；其中，在所建立的模型中加入了主机器人的操作员对主机器人的影响力以及环境因素对从机器人的影响以力；
S102：建立主机器人的操作员对整个遥操作系统影响的控制框架及主从机器人之间的通讯；
S103：设计神经自适应固定时间控制器，并结合所述运动学和动力学模型，实现遥操作系统中主从机器人的固定时间轨迹跟踪控制。


2.如权利要求1所述的一种复杂遥操作技术的神经自适应固定时间控制方法，其特征在于：步骤S101中，建立运动学和动力学模型及设定跟踪误差的具体步骤，包括：
S201：建立遥操作系统的常规运动学和动力学模型，如公式(1)所示：



上式中，i∈{m，s}分别代表主机器人和从机器人；qi(t)是n×1的列向量，它代表的机器人每个关节的角度；xi和均为n×1的向量，它们分别为任务空间中的广义坐标和广义速度；Mi(qi)是n×n的矩阵，它是一个对称正定惯性矩阵；是n×n的矩阵，它是包含科氏力和离心力的矢量；gi(qi)是n×1的列向量，它的物理含义是重力转矩；di(t)是n×1的列向量，它代表的是有界的输入扰动；τi(t)是n×1的列向量，它代表的是控制输入；是n×n的矩阵，它表示雅克比矩阵，代表的是Ji(qi)的转置；Fi是n×1的向量：Fm代表主机器人的操作员对主机器人的影响力，Fs代表环境因素对从机器人的影响以力；Fs是根据实际应用情况预先设定的值，且Fs＜f，其中f是预设的有界常数；n代表遥操作系统中主从机器人的维度；
S202：将主从机械臂含有的物理参数不确定性表示为：



上式中，Mi(qi)、和gi(qi)均为动力学参数；M0i(qi)、和g0i(qi)分别为对应动力学参数的实际值的估计值；ΔMi(qi)、和Δgi(qi)是对应动力学参数的不确定项，也就是实际值与估计值的差值；
定义中间变量Hi，即可得到公式(3)：



S203：结合公式(1)与公式(3)，得到遥操作系统主从机器人的最终运动学和动力学模型的系统方程，如公式(4)所示：



上式中，下标i＝m时代表主机器人的相关参数，下标i＝s时代表从机器人的相关参数；
S204：根据所述的最终运动学和动力学模型的系统方程(4)，得到遥操作系统主从机器人互相跟踪以达成遥操作技术所需的目标的数学表达式为：



上式中，ei为主从机器人的跟踪误差，即em为主机器人跟踪从机器人的跟踪误差，es为从机器人跟踪主机器人的跟踪误差；Ti是主从机器人通讯时的时滞：Tm为主机器人通讯时的时滞，Ts为从机器人通讯时的时滞。


3.如权利要求2所述的一种复杂遥操作技术的神经自适应固定时间控制方法，其特征在于：步骤S102中，所述控制框架包括以下三种情况：
情况一：主机器人在不受操作员影响的情况下跟踪参考轨迹：Fm＝0；
情况二：操作员应用弹簧-阻尼力来操纵主机器人移动到参考轨迹：Fm＝-ξv；其中，ξ是阻尼系数，v是速度；
情况三：操作员施加一个有界力来改变主机器人的参考轨迹：Fm＝supt≥0||Fm||∞≤c，其中c是有界的常数，为预设值。


4.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐景喆，葛明峰，丁腾飞，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北;42