一种多自由度上肢康复机器人的位置跟踪控制方法技术

本发明专利技术提供了一种多自由度上肢康复机器人的位置跟踪控制方法，步骤如下：S1、采用拉格朗日法建立具有多扰动的n自由度上肢康复机械臂的动力学方程，根据动力学方程设置跟踪误差信号设计控制律并将控制率代入至动力学方程中，得到反馈控制率；S2、设计滑膜函数并进行稳定性证明，求得力矩的控制律；S3、基于HJI理论进行滑模控制设计；S4、设计模糊滑模控制策略；S5、设计自适应控制器；S6、进行系统稳定性分析。本发明专利技术利用HJI理论，将传统滑模函数转化为HJI不等式后，对系统扰动项采用模糊规则和自适应调节趋近，直接精准获得上肢康复机械臂平稳、快速的高精度位置跟踪效果。快速的高精度位置跟踪效果。快速的高精度位置跟踪效果。

【技术实现步骤摘要】
一种多自由度上肢康复机器人的位置跟踪控制方法


[0001]本专利技术涉及机械臂的动态控制，具体涉及到一种多自由度上肢康复机器人的位置跟踪控制方法。

技术介绍

[0002]PID控制作为经典的控制方式，具有动态特性可调、不依赖被控对象的优点，但是其控制精度欠缺、鲁棒性差；滑模控制是一种非线性的控制方法，独立性高，不受到机械臂动力学模型参数和外界扰动变化的影响，响应速度快，但具有不稳定性，在控制时易发生抖震现象；力矩控制依赖性强，需要具体的模型参数支持；自适应控制虽然能够通过不断地自我学习来调整系统参数的变化，但在其整个过程中的计算量巨大，只适合结构简单的对象；鲁棒控制方法自主性差，需要通过工作人员的经验和主观判断来率先设定输入扰动的最大值，缺乏自主学习能力和适应性；智能控制方法主要包括了神经网络控制和强化学习控制，神经网络控制本身具有学习能力，适应力较强但也存在学习时间过长、参数不易确定等局限性。因此如何使机械臂在控制过程中，实现机械臂快速且稳定的高精度跟踪控制，并提高其抗干扰能力，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。r/>
技术实现思路
<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多自由度上肢康复机器人的位置跟踪控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、采用拉格朗日法建立具有多扰动的n自由度上肢康复机械臂的动力学方程，根据动力学方程设置跟踪误差信号设计控制律并将控制率代入至动力学方程中，得到反馈控制率；S2、设计滑膜函数并进行稳定性证明，求得力矩的控制律；S3、基于HJI理论进行滑模控制设计；S4、设计模糊滑模控制策略；S5、设计自适应控制器；S6、进行系统稳定性分析。2.如权利要求1所述的多自由度上肢康复机器人的位置跟踪控制方法，其特征在于，步骤S1步骤具体如下：S11、采用拉格朗日法建立具有多扰动的n自由度上肢康复机械臂的动力学方程：其中，q、和分别表示机械臂的关节位置、速度和加速度矢量，M(q)表示n*n阶正定质量惯性矩阵，为哥氏力/离心力矢量，G(q)为重力，τ为控制输入力矩，D为不确定干扰项；S12、根据所述动力学方程设置跟踪误差信号方程：e＝q
‑
q
d
；其中，q
d
为输入的期望位置，q为实际的位置输出，设计控制律为：将该控制率代入至动力学方程中，得到反馈控制率3.如权利要求2所述的多自由度上肢康复机器人的位置跟踪控制方法，其特征在于，步骤S2步骤具体如下：设计滑膜函数：采用Lyapunov函数对进行稳定性证明，求得力矩的控制律，其中，Lyapunov函数为：控制律，其中，Lyapunov函数为：求得的力矩控制律为：即其中Γ＝diag(γ1，γ2，...γ
n
)，γ
i
＞0，取＞0，取使得只有当s＝0时得出t
→
∞，s
→
0。4.如权利要求3所述的多自由度上肢康复机器人的位置跟踪控制方法，其特征在于，步骤S3步骤具体如下：基于HJI理论设计建立滑模控制函数：
其中，d为干扰，z是系统的评价信号，d有如下指标定义：其中，d为干扰，z是系统的评价...

【专利技术属性】
技术研发人员：段倩倩，辛绍杰，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：