网络化机器人系统的固定时间估计器的双边跟踪控制方法技术方案

本发明专利技术公开了网络化机器人系统的固定时间估计器的双边跟踪控制方法，实施本发明专利技术的有益效果在于实现了网络化机器人系统固定时间内的双边跟踪控制。首先，本发明专利技术将双边跟踪控制方法推广到了网络化机器人系统，主要应用于网络化机器人系统分成两组执行相反任务等实际问题；其次，本发明专利技术提出了一种研究复杂机器人系统的固定时间控制框架，使得完成控制目标所需的时间具有明确可知的范围，增加了控制的余量；最后，考虑了带有外部扰动和不确定控制参数机器人动力学模型，模拟网络化机器人系统在工况下可能受到干扰的情况，使控制效果更具实用性。

【技术实现步骤摘要】
网络化机器人系统的固定时间估计器的双边跟踪控制方法
本专利技术涉及机器人智能控制领域，更具体地说，涉及一种网络化机器人系统的固定时间估计器的双边跟踪控制方法。
技术介绍
近年来，网络化机器人系统的协同控制研究进展迅速。网络化机器人系统是一组可控的自主机器人，能够通过局部通信完成单个或者多个复杂的任务。相比于单个机器人，网络化机器人系统能够完成更加复杂的任务，并且使用更为有效和灵活的方式。因此，网络化机器人系统的控制广泛应用在工业生产、医疗、航空航天、深海勘探和军事等各个领域。此外，以网络化机器人系统为载体的多智能体的分布式控制算法也得到了广泛的应用，其中受到学者广泛研究的控制方法有单目标和多目标的跟踪控制方法、编队和包含的控制方法、包含竞争和合作关系的双边跟踪控制方法等。由于在现实的网络化机器人系统中，机器人之间联系既有合作也有竞争的关系。因此，本专利考虑的控制方法便有效地解决了此类的双边跟踪问题，具有较好地实际应用价值。在现实的网络化系统中，我们通常需要机器人在设定的时间范围之内完成任务以提高完成任务的效率和精确度。因此，控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.网络化机器人系统的固定时间估计器的双边跟踪控制方法，其特征在于：具体包括以下步骤：/nS1、对于包含N个机器人的网络化机器人系统中的第i个机器人进行动力学建模，并构建动力学模型：/n

【技术特征摘要】
1.网络化机器人系统的固定时间估计器的双边跟踪控制方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、对于包含N个机器人的网络化机器人系统中的第i个机器人进行动力学建模，并构建动力学模型：



其中，Mi(qi)表示正定惯性矩阵，表示科里奥利离心矩阵，gi(qi)表示引力矩阵，di(t)表示输入扰动，τi表示控制输入；qi、和分别表示第i个机器人在关节空间中的位置、速度和加速度；t表示时间；i表示机器人的编号；
将第i+1个机器人设为跟踪目标，跟踪目标的状态信息包括位置q0、速度v0和加速度u0，满足
S2、建立有向符号拓扑图G＝{V,E,A}描述机器人之间的信息交互关系，其中V＝{1,...,N}表示由N个机器人构成的顶点集，顶点用来表示各个机器人；表示连接任意两个机器人的边的集合，用来表示机器人间交互信息的方向；A＝[aij]表示由邻接元素构成的权重矩阵，用来表示机器人间交互信息的数值；若第j个机器人与第i个机器人之间有交互且为合作关系，则aij＞0；若第j个机器人与第i个机器人之间有交互且为竞争关系，则aij＜0，否则，aij＝0；且第i个机器人本身不存在自循环连接，即aii＝0；
定义对角矩阵D＝diag(d1,d2,...dN),di∈{±1}，满足DAD为半正定矩阵，并将所有机器人分成两部分分别执行相反的任务；当机器人属于第一组时，di＝1；当机器人属于第二组时，di＝-1；在有向符号拓扑图G中加入跟踪目标机器人，并将该图定义为增广图用矩阵B＝[ai0]表示虚拟领导者与机器人间的信息交互的数值，若虚拟领导者与机器人间有交互，则ai0＞0；若虚拟领导者与机器人间无交互，则ai0＝0；
S3、根据步骤S1建立的机器人动力学模型和S2建立的有向符号拓扑图，设计基于固定时间估计器的分布式控制器；
所述分布式控制器包括固定时间的本地控制层和固定时间的估计层；
所述固定时间的估计层用于得到所述第i个机器人的关节位置和速度的估计值，通过第i个机器人与其相邻的机器人所处位置信息、运动速度的信息和信息交互的数值得出；
所述第i个机器人的关节位置和速度的估计值将进一步输入到固定时间的本地控制层，该控制层用于使得第i个机器人的实际关节位置和速度收敛到固定时间估计层所得的估计值；
S4、由固定时间的估计层和固定时间的本地控制层所组成的双层控制结构，控制所述第i个机器人的实际关节位置和速度达到预期的关节位置和速度，从而实现网络化机器人系统的双边跟踪控制。


2.根据权利要求1所述的网络化机器人系统的固定时间估计器的双边跟踪控制方法，其特征在于：
对步骤S3中固定时间的估计层，设计相应的固定时间的控制增益η1(t)、η2(t)，主要通过时基信号发生器TBG实现固定时间，具体分为两步：
设计TBG函数：



TBG函数是分段的时变函数，tf是人为设定的收敛时间点，通过设计该函数控制所需的收敛时间在tf之内；
设计包含TBG函数的控制增益函数：






其中，δ1，δ2为正常数，满足0<δ1,δ2≤1，MD＝DAD+B，In为n维的单位矩阵，H为正定的对角矩阵，使得MDH为正定的矩阵，hmax表示H矩阵对角元素中的最大值，表示矩阵的最小特征值，表示克罗内克积。


3.根据权利要求2所述的网络化机器人系统的固定时间估计器的双边跟踪控制方法，其特征在于：
对步骤S1中所需的第i个机器人在关节空间中的位置qi和速度设计固定时间的状态估计器，其数学形式为：



其中，为机器人i和j在关节空间中对位置的估计量；为机器人i和j在关节空间中对速度的估计量，c1、c2为常数控制增益，固定时间的控制增益分别为η1(t)和η2(t)；
再结合固定时间的状态估计器的位置误差和速度误差其中所述固定时间的状态估计器的数...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁昌铎，苏鹏，葛明峰，丁腾飞，葛子月，
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