一种针对多源干扰的无人机机械臂末端位姿控制方法技术

本发明专利技术涉及一种针对多源干扰的无人机机械臂末端位姿控制方法，目标是实现特种无人机系统在多源干扰的情况下末端高精度控制。首先，建立特种无人机机械臂末端位姿控制系统多源干扰模型，其次针对系统标称模型设计鲁棒H∞控制器；然后针对多源干扰，设计干扰观测器，对外部干扰和模型不确定性进行估计和补偿；最后，通过合理的选取鲁棒H∞控制器和干扰观测器的参数，保证了机械臂末端位姿的高精度控制。本发明专利技术基于复合分层抗干扰控制架构，实现了特种无人机系统在多源干扰下机械臂末端的高精度位姿控制，适用于应急救援、狭小空间内非合作目标捕获等特种任务。非合作目标捕获等特种任务。非合作目标捕获等特种任务。

【技术实现步骤摘要】
一种针对多源干扰的无人机机械臂末端位姿控制方法


[0001]本专利技术涉及航空
，尤其是一种针对多源干扰的无人机机械臂末端控制方法。对一类受到多源干扰的特种无人机机械臂末端位姿控制系统，通过设计鲁棒H∞控制器和干扰观测器，实现了对多源干扰的实时估计补偿和抑制，保证了特种无人机机械臂控制系统的自主抗干扰能力。与传统的机械臂抗干扰控制方法相比，本专利技术方法增加了复合控制器的可裁剪性，保证了特种无人机系统在多源干扰下机械臂末端的高精度控制，可适用于应急救援、狭小空间内非合作动态目标捕获等特种任务。

技术介绍

[0002]特种无人机机械臂系统是一个由空中基座和机械臂组合而成的，具备高机动、高自主、高灵活性的机器人系统，如图3所示，其高精度的末端位姿控制是完成空中投递物资、监测有害环境、应急救援等复杂任务的核心技术。与地面机器人不同，执行抓取作业的特种机器人系统没有固定基座且由于动力学复杂、系统耦合和外界干扰等原因，对特种无人机的机械臂末端位姿控制系统的自主抗干扰能力带来了非常严峻的挑战。
[0003]特种无人机机械臂控制系统所受多源干扰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对多源干扰的无人机机械臂末端位姿控制方法，其特征在于，步骤如下：第一步，建立含有基座抖动和模型不确定性的机械臂耦合动力学方程；第一步，建立含有基座抖动和模型不确定性的机械臂耦合动力学方程；第二步，根据机械臂系统动力学模型的标称部分，设计鲁棒H∞控制器，保证无人机机械臂末端在无外界干扰的情况下跟踪轨迹的精确性和稳定性；第三步，根据载荷振动干扰模型和系统的性能指标，设计干扰观测器对外界干扰进行实时估计与补偿；第四步，机械臂和无人机系统耦合无人机的基座抖动干扰被合理的等效为机械臂的期望轨迹受到了干扰影响而发生了偏差，针对这一基座抖动干扰，设计干扰观测器对其进行实时的估计和补偿，以保证机械臂末端高精度跟踪轨迹。2.根据权利要求1所述的一种针对多源干扰的无人机机械臂末端位姿控制方法，其特征在于，所述第一步，建立含有基座抖动和模型不确定性的机械臂耦合动力学方程，具体如下：针对特种无人机机械臂系统的模型不确定性，并同时考虑基座抖动的外部干扰建立整体的机械臂系统动力学模型，表示如下：体的机械臂系统动力学模型，表示如下：其中，状态向量q,分别表示机械臂各个关节的转动角度，转动角速度和转动角加速度，τ代表系统的控制输入力矩，H0是系统正定的惯性矩阵标称部分，为包含了科氏力和向心力矩阵的标称部分，G0(q)表示重力矩阵的标称部分，ΔH(q),ΔG(q)分别表示系统惯性矩阵，科氏力矩阵和重力矩阵的不确定部分，在实际的抓取作业中，未知目标的质量体积等参数都不会超出系统的最大载荷，因此模型不确定性干扰d1为有界干扰；：d0表示系统所受到的载荷干扰，该载荷干扰的动力学模型表示为：其中，W为干扰子系统的状态变量；σ表示噪声；为干扰子系统的状态矩阵，m为干扰频率；N为干扰子系统的输出矩阵。3.根据权利要求1所述的一种针对多源干扰的无人机机械臂末端位姿控制方法，其特征在于，所述第二步，根据机械臂系统动力学模型的标称部分，设计鲁棒H∞控制器，保证特种无人机机械臂末端在无外界干扰的情况下跟踪轨迹的精确性和稳定性；控制律具体的表达式为：其中，表示系统的误差状态向量，e
q
＝q
‑
q
d
表示机械臂系统关节角的轨迹跟踪误差，K为待求的反馈增益；；联立机械臂系统动力学模型的公式(1)，得关节角误差动力学方程为：
令方程可重写成状态空间形式为：状态矩阵I表示单位矩阵；定义机械臂系统的性能输出为Z＝Cx为选取...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭雷，吕尚可，余翔，王萌，陈瑞，
申请(专利权)人：北京航空航天大学杭州创新研究院，
类型：发明
国别省市：