一种基于模糊降阶观测器的反步法的终端滑模控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于模糊降阶观测器的反步法的终端滑模控制方法。针对机械臂所构建的动力模型具有不确定性，为了逐步提高轨迹跟踪的精度和速度，建立了一种结合摩擦力模型Dahl与机械臂动力学模型新的系统模型，通过设计利用模糊降阶观测器用来估计扰动大小，对于扰动观测值的力矩进行补偿，再通过反步法将复杂的非线性系统分解成不超过系统阶数的子系统，对于结构的不确定性，利用改进的非奇异性快速终端滑模控制器，并且设计了自适应律，再通过李雅普诺夫证明了系统的稳定性，最后将其控制方法运用机械臂控制系统中，在系统外部非线性不确定干扰情况下，并保证控制的鲁棒性。并保证控制的鲁棒性。并保证控制的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模糊降阶观测器的反步法的终端滑模控制方法


[0001]本专利技术属于高阶机械臂轨迹跟踪
，更为具体的涉及一种基于模糊降阶观测器的反步法的终端滑模控制方法。

技术介绍

[0002]随着控制理论及机械技术的发展，机械臂在工业领域得到了越来越广泛的应用，如在航天领域、医疗领域、自动化领域等。但是机械臂系统是一个复杂的非线性模型，同时由于模型参数不可能准确测量从而造成建模和仿真的失配，而且实际控制中模型会受到外界未知干扰的影响，在现在的工业领域中，轨迹跟踪的高精度是主要讨论的方向。
[0003]反演法在实现不确定非线性系统，特别是当干扰不确定性或不满足匹配条件时，鲁棒控制或自适应控制方面有着明显的优越性。但是由于反演法本身对虚拟控制求导过程中引起的项数膨胀以及由项数膨胀引起的问题没有很好的解决方法，在高阶系统中，这个缺点尤为突出。基于项数膨胀的问题，采用动态滑模面的控制方法，利用一阶积分滤波器计算虚拟控制导数，消除微分项的膨胀。对于高精度要求的柔性机械臂系统，非匹配扰动、响应时间的长短、跟踪误差的大小均不可忽略。
专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊降阶观测器的反步法的终端滑模控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：结合机械臂动力学Dhal摩擦力模型构建新的动力学模型；步骤二：基于步骤一的动力学模型，设计一个预估干扰的模糊降阶观测器；步骤三：基于步骤二中的模糊降阶观测器中设定一个自适应律保证系统的稳定性；步骤四：设定新型的非奇异性终端滑模面结合前者步骤中观测器估计的干扰，利用反演控制的方法构建力矩，同时利用李雅普诺夫去证明系统的稳定性。2.根据权利要求1所述的一种基于模糊降阶观测器的反步法的终端滑模控制方法，其特征在于，所述步骤一中建立包含Dhal摩擦力模型的n自由度旋转关节刚性机械臂动力学模型具体步骤如下：模型具体步骤如下：其中:f代表摩擦力,Fc为库伦摩擦力，q代表位移量；D0为刚度系数；为负载与接触面之间的相对速度，a为曲率有关的系数,该模型对应的是位移的函数，与速度无关，将摩擦力模型带入到机械臂动力学模型当中：其中:为机械臂关节的角位移，角速度及角加速度向量；M(q)是正定惯性矩阵；为离心力和哥氏力相关矩阵；G(q)为重力矢量，为传统机械臂摩擦力矩阵，为Dhal摩擦力矩阵，τ为关节控制力矩输入向量,τ
d
为机械臂外部扰动的不确定项，但M(q),G(q)由于存在精度问题，分解为M0(q),G0(q)和不确定部分
△
M(q)，
△
G(q)。3.根据权利要求2所述的一种基于模糊降阶观测器的反步法的终端滑模控制方法，其特征在于，所述步骤二的具体步骤如下，将系统转化为如下形式，τ
d
包括外部干扰系统的误差和不确定性，w1＝q,w3＝f，则二阶系统可以得：＝f，则二阶系统可以得：＝f，则二阶系统可以得：＝f，则二阶系统可以得：为w
i
的估计值，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓辉，汤丑焱，胡誉尹，邓福伟，邓叶恒，张忠炼，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：