用于非线性柔性臂末端轨迹跟踪的方法、装置及机械设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于非线性柔性臂末端轨迹跟踪的方法、装置及机械设备。该方法包括：获取初始模型预测控制器；在非线性柔性臂的运动过程中实时获取非线性柔性臂的变形数据；根据变形数据确定当前模型预测控制器的自调整参数；根据自调整参数更新当前模型预测控制器的参数，以实现非线性柔性臂末端的跟踪轨迹的更新。本发明专利技术提高了机械设备的非线性柔性臂末端轨迹跟踪的精度。端轨迹跟踪的精度。端轨迹跟踪的精度。

【技术实现步骤摘要】
用于非线性柔性臂末端轨迹跟踪的方法、装置及机械设备


[0001]本专利技术涉及机械设备
，具体地，涉及一种用于非线性柔性臂末端轨迹跟踪的方法、装置及机械设备。

技术介绍

[0002]对于泵车、布料机等工程机械的柔性臂架这类高冗余度、多变量并且具有复杂动力学耦合特征的非线性系统而言，目前所采用的控制器在控制过程中不能做到对整个非线性柔性臂整体进行控制，并且随着臂架移动速度的提升，臂架末端轨迹跟踪精度不能满足实际工程需求。现有技术在机械臂领域的研究过程中没有考虑臂架的变形，然而对于工程机械的臂架来说，在工作过程中，臂架的变形是不可避免的，因此现有技术中机械设备的臂架末端轨迹跟踪的精度较低。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种用于非线性柔性臂末端轨迹跟踪的方法、装置及机械设备，用以解决现有技术中机械设备的非线性柔性臂末端轨迹跟踪的精度较低的问题。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术实施例提供一种用于非线性柔性臂末端轨迹跟踪的方法，应用于机械设备，机械设备包括非线性柔性臂，该方法包括：
[0005]获取初始模型预测控制器；初始模型预测控制器在非线性柔性臂的运动过程中实时更新，以得到当前模型预测控制器；
[0006]在非线性柔性臂的运动过程中实时获取非线性柔性臂的变形数据；
[0007]根据变形数据确定当前模型预测控制器的自调整参数；
[0008]根据自调整参数更新当前模型预测控制器的参数，以实现非线性柔性臂末端的轨迹的更新。
[0009]在本专利技术实施例中，在非线性柔性臂的运动过程中实时获取非线性柔性臂的变形数据包括：
[0010]实时获取非线性柔性臂末端的位置数据和目标关节的关节角度；
[0011]根据位置数据和关节角度确定对应的变形数据。
[0012]在本专利技术实施例中，根据变形数据确定当前模型预测控制器的自调整参数包括：
[0013]根据变形数据更新非线性柔性臂的系统参数；
[0014]通过线性化系统动力学模型得到更新后的状态空间表达式；
[0015]根据更新后的状态空间表达式更新性能指标函数；
[0016]基于实际约束条件求解更新后的性能指标函数的最优解。
[0017]在本专利技术实施例中，根据变形数据确定当前模型预测控制器的自调整参数还包括：
[0018]根据最优解得到更新后的非线性柔性臂的预测状态，并结合非线性柔性臂的实际状态得到状态偏差。
[0019]在本专利技术实施例中，基于实际约束条件求解更新后的性能指标函数的最优解包括：
[0020]采用利普希茨常数的倒数作为算法步长在负梯度进行迭代以得到迭代点；
[0021]通过迭代点对迭代方向及算法步长进行修正，以加快算法搜索到最优点的速度。
[0022]在本专利技术实施例中，获取初始模型预测控制器包括：
[0023]获取机械设备的非线性柔性臂的初始系统参数；
[0024]根据初始系统参数设计初始模型预测控制器。
[0025]在本专利技术实施例中，根据初始系统参数设计初始模型预测控制器包括：
[0026]根据系统参数，通过动力学分析得到非线性柔性臂的动力学模型；
[0027]通过离散化和线性化操作，将动力学模型转化为状态空间表达式；
[0028]通过模型预测控制原理与状态空间表达式得到非线性柔性臂的预测模型；
[0029]根据预测模型、性能指标函数和实际约束条件得到初始模型预测控制器。
[0030]在本专利技术实施例中，预测模型满足下列公式：
[0031]x(k+i|k)＝ζx(k|k)+γu+C
d
，k＝0,
…
N
‑
1；
[0032]其中，x为状态变量，ζ为预测模型的系数矩阵，γ为预测模型的控制矩阵，C
d
为预测模型的扰动矩阵，k为当前时刻；i为预测步数。
[0033]在本专利技术实施例中，初始模型预测控制器满足下列公式：
[0034]J＝min
u∈U
(x
‑
x
d
)
T
Q(x
‑
x
d
)+u
T
Ru；
[0035][0036]其中，J为性能指标函数，x为状态变量，x
d
为参考状态，Q为状态量，R为控制量的权重矩阵，u为控制量。
[0037]在本专利技术实施例中，该方法还包括：
[0038]判断非线性柔性臂的实际关节角与目标关节角的角度偏差是否满足预设条件；
[0039]在角度偏差不满足预设条件的情况下，根据角度偏差优化当前模型预测控制器。
[0040]本专利技术实施例第二方面提供一种用于非线性柔性臂末端轨迹跟踪的装置，包括：
[0041]存储器，被配置成存储指令；以及
[0042]处理器，被配置成从存储器调用指令以及在执行指令时能够实现根据上述的用于非线性柔性臂末端轨迹跟踪的方法。
[0043]本专利技术实施例第三方面提供一种机械设备，包括上述的用于非线性柔性臂末端轨迹跟踪的装置。
[0044]本专利技术实施例第四方面提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述的用于非线性柔性臂末端轨迹跟踪的方法。
[0045]通过上述技术方案，在非线性柔性臂的运动过程中实时获取非线性柔性臂的变形数据，根据变形数据确定模型预测控制器的自调整参数，再根据自调整参数更新模型预测控制器，以实现非线性柔性臂末端的轨迹的更新，提高了机械设备的非线性柔性臂末端轨迹跟踪的精度。
[0046]本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0047]附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0048]图1是本专利技术一实施例提供的一种用于非线性柔性臂末端轨迹跟踪的方法的流程示意图；
[0049]图2是现有技术中模型预测控制的原理示意图；
[0050]图3是本专利技术实施例提供的非线性柔性臂模型的结构示意图；
[0051]图4是本专利技术实施例提供的一种确定自调整参数的方法的流程示意图；
[0052]图5是本专利技术另一实施例提供的一种用于非线性柔性臂末端轨迹跟踪的方法的流程示意图；
[0053]图6是本专利技术实施例提供的一种用于非线性柔性臂末端轨迹跟踪的装置的结构框图。
具体实施方式
[0054]以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0055]需要说明，若本专利技术实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于非线性柔性臂末端轨迹跟踪的方法，应用于机械设备，所述机械设备包括非线性柔性臂，其特征在于，所述方法包括：获取初始模型预测控制器；所述初始模型预测控制器在所述非线性柔性臂的运动过程中实时更新，以得到当前模型预测控制器；在所述非线性柔性臂的运动过程中实时获取所述非线性柔性臂的变形数据；根据所述变形数据确定当前模型预测控制器的自调整参数；根据所述自调整参数更新当前模型预测控制器的参数，以实现所述非线性柔性臂末端的轨迹的更新。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述非线性柔性臂的运动过程中实时获取所述非线性柔性臂的变形数据包括：实时获取所述非线性柔性臂末端的位置数据和目标关节的关节角度；根据所述位置数据和所述关节角度确定对应的变形数据。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述变形数据确定当前模型预测控制器的自调整参数包括：根据所述变形数据更新所述非线性柔性臂的系统参数；通过线性化系统动力学模型得到更新后的状态空间表达式；根据更新后的所述状态空间表达式更新性能指标函数；基于所述实际约束条件求解更新后的所述性能指标函数的最优解。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述变形数据确定当前模型预测控制器的自调整参数还包括：根据所述最优解得到更新后的所述非线性柔性臂的预测状态，并结合所述非线性柔性臂的实际状态得到状态偏差。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述实际约束条件求解更新后的所述性能指标函数的最优解包括：采用利普希茨常数的倒数作为算法步长在负梯度进行迭代以得到迭代点；通过所述迭代点对迭代方向及所述算法步长进行修正，以加快算法搜索到最优点的速度。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取初始模型预测控制器包括：获取所述非线性柔性臂的初始系统参数；根据所述初始系统参数设计初始模型预测控制器。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述初始系统参数设计初始模型预测控制器包括：根据所述初始系统参数，通过动力学分析得到所述非线性柔性臂的动力学模型；通过离散化和线...

【专利技术属性】
技术研发人员：何雨暘，皮皓杰，付玲，唐律，于晓颖，刘延斌，
申请(专利权)人：中联重科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：