【技术实现步骤摘要】
一种多输入多输出机械系统自适应容错预设性能控制方法
本专利技术涉及一种多输入多输出机械系统自适应容错预设性能控制方法，属于机械系统自适应控制
技术介绍
工程中的多输入多输出机械系统大多可以建模为欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange)型非线性系统的形式，如机器人系统、航天器姿态控制系统、能量传输系统、直升机控制系统等。因此，很多学者针对欧拉-拉格朗日型非线性机械系统进行动力学分析和鲁棒控制器设计。针对多输入多输出欧拉-拉格朗日型非线性机械系统，目前已有一些有效的控制方法被提出，如滑模控制方法、最优控制方法、控制方法等。现有的控制方法尽管已经通过仿真分析或实验验证证明能够保证非线性机械系统的稳定，然而均没有考虑系统稳定过程中的状态约束问题。实际工况中，机械系统的状态约束是广泛存在的，如机械臂系统中的关节角约束、运动系统的范围约束、运行空间中的障碍物约束等。若非线性机械系统在工作中违反了上述约束，则可能发生碰撞、失稳、甚至会导致任务失败等严重结果；除状态约束问题以外，非线性机械系统还经常会遭遇执行器输出不准确、效率降低、甚至部分执行器失效等故障。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种多输入多输出机械系统自适应容错预设性能控制方法，该控制方法对预设性能控制和容错控制进行结合，使执行器不仅能够保持状态约束，而且能够抑制执行器故障影响，保证预设的性能指标安全、准确、高效地完成。为了实现上述目的，本专利技术提供一种多输入多输出机械系统自适应容错预设性能控...
【技术保护点】
1.一种多输入多输出机械系统自适应容错预设性能控制方法，其特征在于，包括如下步骤:/n步骤一，建立存在执行器故障的多输入多输出机械系统模型：/n1)根据欧拉-拉格朗日型非线性公式对多输入多输出非线性机械系统进行建模，公式为：/n
【技术特征摘要】
1.一种多输入多输出机械系统自适应容错预设性能控制方法，其特征在于，包括如下步骤:
步骤一，建立存在执行器故障的多输入多输出机械系统模型：
1)根据欧拉-拉格朗日型非线性公式对多输入多输出非线性机械系统进行建模，公式为：
其中，为非线性机械系统的n维状态量，分别为非线性机械系统的广义惯量矩阵、科氏力和离心力矩阵、广义重力矢量，三者的具体参数对于控制系统是未知的，为非线性机械系统的控制输入变量；
2)工程中的非线性机械系统中，常遇到的两种典型执行器故障分别为乘性故障和加性故障，二者会导致执行器实际施加的控制输入与设计控制量u存在以下映射关系：
uactual(t)＝B(t)u(t)+ub(t)(2)，
其中，为执行器乘性故障，Bi(t)(i＝1,…,n)满足0＜b≤Bi(t)≤1，其中b为已知执行效率下界；为执行器加性故障，且其范数满足有界性；
3)考虑乘性故障B(t)和加性故障ub(t)后的欧拉-拉格朗日型非线性机械系统可以表示为如下形式：
定义非线性机械系统的状态量p对其期望轨迹pd的跟踪误差为
对于典型的二阶机械系统，即二连杆机械臂系统，令二连杆的质量和长度分别为m1,m2,l1和l2，假定当地的重力加速度为g，则的具体形式分别可以写作：
步骤二，基于障碍李雅普诺夫函数设计虚拟控制器：
1)基于预设性能控制的思想，令系统跟踪误差pe的第i维矢量pe,i满足下式所示的上下界性能约束：
-αi(t)＜pe,i(t)＜αi(t)(5)，
其中，αi(t)＞0为预设性能函数，且定义为：
αi(t)＝(αi,0-αi,∞)exp(-γit)+αi,∞(6)，
其中，为αi(t)的初值，为αi(t)的终值，γi表示指数收敛速度，性能函数αi(t)的初值αi,0的选取满足：αi,0＞|pe,i(0)|；
若公式(5)中的约束始终成立，则pe,i(i＝1,…,n)至少将以指数速度exp(-γit)收敛至稳定域(-αi,∞,αi,∞)中，由于αi(t)＞0始终成立，因此公式(5)可以转化为如下形式：
-1＜pe,i(t)/αi(t)＜1(7)；
定义状态量使得其第i维分量x1,i定义为：
x1,i...
【专利技术属性】
技术研发人员：张刚，刘志坚，侯文宝，沈永跃，吴玮，李德路，
申请(专利权)人：江苏建筑职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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