一种反步自适应控制方法技术

本发明专利技术公开了一种反步自适应控制方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、利用SoildWorks对机械臂三维建模并导入Matlab生成可视化模型；建立六轴机械臂单关节的动力学模型；步骤2、利用步骤1得到的动力学模型建立误差动力学模型；利用步骤1得到的误差动力学模型和自适应反步法推导最终的控制律并进行李雅普诺夫稳定性的验证，完成六轴机械臂模型的控制律设计；步骤3、根据步骤2得到的反步自适应控制律结合步骤1得到的机械臂可视化模型搭建仿真平台，验证基于Simscape六轴机械臂模型的反步自适应控制方法的正确性、稳定性，完成反步自适应控制。解决了现有技术中存在的机械臂控制策略验证过程繁琐的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种反步自适应控制方法
本专利技术属于控制策略应用
，涉及一种反步自适应控制方法。
技术介绍
机械臂能否快速准确地跟踪期望轨迹，需要其结构、装配、系统辨识、状态估计、控制周期、控制策略等多方面共同保证。其中以控制策略最为重要，起初多以搭建机械臂实物平台来验证算法的稳定性、准确性。这种验证方法不仅效率低而且不能够很好的检查控制策略中的错误，还容易对机械臂本体造成损坏。Simscape模型是一个可执行的规格书，开发者修改优化模型就是对设计的修缮，无需通过搭建实物平台再进行系统验证，可以通过仿真在早期设计时期就及时对控制算法的正确性进行验证。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种反步自适应控制方法，解决了现有技术中存在的机械臂控制策略验证过程繁琐的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种反步自适应控制方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、利用SoildWorks对机械臂三维建模并导入Matlab生成可视化模型；建立六轴机械臂单关节的动力学模型；步骤2、利用步骤1得到的动力学模型建立误差动力学本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术一种反步自适应控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：/n步骤1、利用SoildWorks对机械臂三维建模并导入Matlab生成可视化模型；建立六轴机械臂单关节的动力学模型；/n步骤2、利用步骤1得到的动力学模型建立误差动力学模型；利用步骤1得到的误差动力学模型和自适应反步法推导最终的控制律并进行李雅普诺夫稳定性的验证，完成六轴机械臂模型的控制律设计；/n步骤3、根据步骤2得到的反步自适应控制律结合步骤1得到的机械臂可视化模型搭建仿真平台，验证基于Simscape六轴机械臂模型的反步自适应控制方法的正确性、稳定性，完成反步自适应控制。/n

【技术特征摘要】
1.本发明一种反步自适应控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、利用SoildWorks对机械臂三维建模并导入Matlab生成可视化模型；建立六轴机械臂单关节的动力学模型；
步骤2、利用步骤1得到的动力学模型建立误差动力学模型；利用步骤1得到的误差动力学模型和自适应反步法推导最终的控制律并进行李雅普诺夫稳定性的验证，完成六轴机械臂模型的控制律设计；
步骤3、根据步骤2得到的反步自适应控制律结合步骤1得到的机械臂可视化模型搭建仿真平台，验证基于Simscape六轴机械臂模型的反步自适应控制方法的正确性、稳定性，完成反步自适应控制。


2.根据权利要求1所述的一种反步自适应控制方法，其特征在于，所述步骤1中利用SoildWorks对机械臂三维建模并导入Matlab生成可视化模型具体按照以下步骤实施：
步骤1.1.1，在SoildWorks建立三维模型，将每个关节之间的配合约束成重合和同轴，将装配体的初始状态配置成建立DH参数的状态；
步骤1.1.2，打开已经完成的三维建模装配体，注意关节之间的约束关系。在工具栏内点击SimscapeMultibodyLink内的Export来生成MATLAB可以读取的step和xml格式文件，导出xml格式文件之后，在MATLAB命令窗口中输入指令:smimport(‘文件名.xml’)；来生成Simscape物理模型。


3.根据权利要求2所述的一种反步自适应控制方法，其特征在于，所述步骤1中建立六轴机械臂单关节的动力学模型具体按照以下步骤实施：
步骤1.2.1，建立六轴机械臂单关节的动力学模型如下：



式中：θ表示机械臂关节的位置，表示其速度，表示其加速度；m表示机械臂的质量，g表示重力加速度，l为机械臂质心到连杆处的距离，并设M＝mgl；J表示转动惯量，F表示粘滞摩擦系数；τ表示由电机输出的驱动力矩，同时是该机械臂的输入信号；其中M，F为不确定参数；
此时新的六轴机械臂单关节的动力学模型为：



步骤1.2.2，利用步骤1.2.1的六轴机械臂单关节的动力学模型，建立六轴机械臂单关节的动力学模型的状态方程形式如下：



式中：x1＝θ，u＝τ。


4.根据权利要求3所述的一种反步自适应控制方法，其特征在于，所述步骤2中建立误差动力学模型具体按照以下步骤实施：
步骤2.1.1，给出期望轨迹和期望速度θ(t)，θd(t)，定义跟踪误差：



其中设θd(t)＝xd，
步骤2.1.2，定义参考误差函数：



参考速度是根据位置误差以及期望速度复合而来，这是一种符号操作，即允许人们将与能量相关的属性转化为轨迹控制的属性，实际关节速度表示，用虚拟速度误差s表示，s传达了关于θ(t)和的有界性与收敛性的信息。


5.根据权利要求4所述的一种反步自适应控制方法，其特征在于，所述步骤2中利用误差动力学模型和自适应反步法推导最终的控制律具体按照以下步骤实施：
步骤2.2.1，寻找合适的x2使得当实际轨迹x1尽可能的趋近于给定期望轨迹xd，即对于极小数ε，有|x1-xd|-ε≤0；构造李雅普诺夫函数：



对其求导得：



为使很明显结合式(3)和式(4)得：



易得：



此时的x2便是我们所寻找的虚拟控制律；
步骤2.2.2，由步骤2.2.1可知M，F为不确定参数，设为估计参数，于是有不确定估计误差为：



对式(10)求导得：



又M，F为常数，二者导数皆为0，代入式(11)，可得：



步骤2....

【专利技术属性】
技术研发人员：张蕾，刘宇航，周嘉欣，宋博雄，王晓华，王文杰，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61