具有给定性能的单连杆多机械臂自适应事件触发控制方法技术

本说明书实施例提供了一种具有给定性能的单连杆多机械臂自适应事件触发控制方法，其特征在于，包括：对多单连杆机械臂系统进行建模，得到具有输入死区和饱和约束的单连杆机械臂状态方程；设计第i个单连杆机械臂一致性跟踪误差，并设计第一个虚拟控制律α

【技术实现步骤摘要】
具有给定性能的单连杆多机械臂自适应事件触发控制方法


[0001]本文件涉及单连杆多机械臂控制方法
，尤其涉及一种具有给定性能的单连杆多机械臂自适应事件触发控制方法。

技术介绍

[0002]在科学技术快速发展的背景之下，多机械臂协同工作模式因其操作灵活、鲁棒性强、可以配合完成复杂的工况而被广泛应用于各个领域，但是在各式各样的任务进行的过程中，机械臂控制系统会遭受许多不确定性和未知存在的强干扰问题，同时系统中存在着许多非线性特性，这些问题的存在给机械臂系统的工作时效性带来极大的挑战。此外，在已有的研究大多关注于系统的收敛时间，往往忽略了系统的性能。然而当系统快速收敛时，将会降低系统性能，出现如超调过大等问题，甚至可能会带来安全问题。为实现系统的快速收敛、性能的保持和非线性的补偿，控制网络需要承担沉重的通讯压力，而在通讯资源有限时，这可能会导致通讯延时甚至丢包问题。考虑以上问题，急需一种解决方案解决针对具有死区和饱和约束的不确定非线性多机械臂系统问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种具有给定性能的单连杆多机械臂自适应事件触发控制方法，旨在解决上述问题。
[0004]本专利技术提供的具有给定性能的单连杆多机械臂自适应事件触发控制方法包括：
[0005]S1、对多单连杆机械臂系统进行建模，得到具有输入死区和饱和约束的单连杆机械臂状态方程；
[0006]S2、设计第i个单连杆机械臂一致性跟踪误差，并设计第一个虚拟控制律α
i,1
和自适应律；
[0007]S3、设计自适应事件触发机制；
[0008]S4、设计第二个虚拟律α
i,2
、自适应律和
[0009]S5、基于Matlab实验平台，进行仿真实验。
[0010]本专利技术设计的具有给定性能的预设时间自适应事件触发控制方法可以有效使得系统在预设时间内达到收敛并满足给定性能，能够避免违反状态约束，并有效地补偿多机械臂系统中存在的输入死区和输入饱和等问题。
附图说明
[0011]为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0012]图1为本专利技术实施例的具有给定性能的单连杆多机械臂自适应事件触发控制方法
的示意图；
[0013]图2为本专利技术实施例的非线性输入死区示意图；
[0014]图3为本专利技术实施例的一个虚拟领导者和四个跟随者的通信拓扑图；
[0015]图4为本专利技术实施例的参考信号和各机械臂的输出示意图；
[0016]图5为本专利技术实施例的同步误差曲线示意图；
[0017]图6为本专利技术实施例的动态误差曲线示意图；
[0018]图7为本专利技术实施例的机械臂1的控制信号示意图；
[0019]图8为本专利技术实施例的机械臂2的控制信号示意图；
[0020]图9为本专利技术实施例的机械臂3的控制信号示意图；
[0021]图10为本专利技术实施例的机械臂4的控制信号示意图；
[0022]图11为本专利技术实施例的跟随者1、跟随者2、跟随者3和跟随者4的触发事件时间隔示意图。
具体实施方式
[0023]为了使本
的人员更好地理解本说明书一个或多个实施例中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本文件的保护范围。
[0024]方法实施例
[0025]本专利技术实施例提供了一种具有给定性能的单连杆多机械臂自适应事件触发控制方法，图1为本专利技术实施例的具有给定性能的单连杆多机械臂自适应事件触发控制方法的示意图，根据图1所示，本专利技术实施例的具有给定性能的单连杆多机械臂自适应事件触发控制方法具体包括：
[0026]S1、对多单连杆机械臂系统进行建模，得到具有输入死区和饱和约束的单连杆机械臂状态方程；步骤S1具体包括：
[0027]具有输入死区和饱和约束的单连杆机械臂系统，由一个领导者和M(M>2)个跟随者组成，其中第i(i＝1,2
…
,M)个机械臂建模如下：
[0028][0029]其中，x
i,1
和x
i,2
代表第i个机械臂连杆的角速度，J
i
＝1代表惯性力矩，对于f
i
(X)＝(B
i
x
i,2
+G
i
L
I
sin(x
i,1
))，其中B
i
＝1代表粘性摩擦系数，G
i
＝9.8代表第i个连杆的质量，l
i
＝0.1代表第i个连杆的长度，且X＝[x
i,1
,x
i,2
]T
。
[0030]图2为本专利技术实施例的非线性输入死区示意图，输入死区模型表示如下：
[0031][0032]其中，u
i
表示输入信号，表示非线性的死区输入，S
U
>0和S
L
<0表示系统输入饱和参数，D
r
(u
i
)和D
l
(u
i
)为未知线性函数，其中r
sr
和r
sl
分别表示饱和断点，r
dr
和r
dl
表示死区断点，满足r
sl
<r
dl
<0<r
dr
<r
sr
。
[0033]由于具有非光滑非线性，因此可近似为：
[0034][0035]其中，表示为逼近误差，其满足平滑函数κ
i
(u
i
)可定义为：
[0036][0037]其中，l
r
、l
l
、θ1和θ2均大于零的常数。
[0038]根据拉格朗日中值定理，函数对成立，其中表示κ
i
(u
h
)的导数，l是满足0<l<1的未知常数。
[0039]使得则定义则可表示为：
[0040][0041]为了便于描述，需要引用代数图论的相关知识，将每一个机械臂视为节点。由M(M>2)个机械臂组成的单向有向拓扑中的信息交互情况通过有向图G＝(V,E本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有给定性能的单连杆多机械臂自适应事件触发控制方法，其特征在于，包括：S1、对多单连杆机械臂系统进行建模，得到具有输入死区和饱和约束的单连杆机械臂状态方程；S2、设计第i个单连杆机械臂一致性跟踪误差，并设计第一个虚拟控制律α
i,1
和自适应律S3、设计自适应事件触发机制；S4、设计第二个虚拟律α
i,2
、自适应律和S5、基于Matlab实验平台，进行仿真实验。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：通过公式1对具有输入死区和饱和约束的单连杆机械臂系统的第i个机械臂进行建模；其中，i＝1,2,
…
,M，x
i,1
和x
i,2
代表第i个机械臂连杆的角速度，J
i
＝1代表惯性力矩，u
i
表示输入信号，表示非线性的死区输入；f
i
(X)＝(B
i
x
i,2
+G
i
L
I
sin(x
i,1
))，其中B
i
＝1代表粘性摩擦系数，G
i
＝9.8代表第i个连杆的质量，l
i
＝0.1代表第i个连杆的长度，且X＝[x
i,1
,x
i,2
]
T
。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述死区输入表示如下：其中，S
U
>0和S
L
<0表示系统输入饱和参数，D
r
(u
i
)和D
l
(u
i
)为未知线性函数，r
sr
和r
sl
分别表示饱和断点，r
dr
和r
dl
表示死区断点，所述饱和断点和死区断点满足r
sl
<r
dl
<0<r
dr
<r
sr
。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过公式3将所述死区输入表示为逼近误差和平滑函数的形式：其中，表示为逼近误差，其满足κ
i
(u
i
)为平滑函数定义为：其中，l
r
、l
l
、θ1和θ2均为大于零的常数；
根据拉格朗日中值定理，函数对成立，其中表示κ
i
(u
h
)的导数，l是满足0<l<1的未知常数；使得则定义则表示为：5.根据权力要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：将每一个机械臂视为节点，由M个机械臂组成的单向有向拓扑中的信息交互情况通过有向图G＝(V,E)表示，具体包括：通过V＝{1,
…
,M}表示多机械臂节点1,2,
…
,M，V
j
×
V
i
∈E表示从机械臂节点j到机械臂节点i的边，A＝[a
ij
]
M
×
M
表示所有机械臂节点之间的邻接矩阵，如果机械臂j能从机械臂i获取到信息，则a
ij
>0,否则a
ij
＝0；定义拉普拉斯矩阵为L＝D
‑
A，其中对角阵D＝diag[d1,d2,
…
,d
M
]∈R
M
×
M
，对于多机械臂系统，用扩充图来表示，其中表示领导者0和多机械臂(1,
…
,M)，且第i个机械臂的同步误差定义为：其中，y0代表虚拟领导者的输出信号，b
i
表示领导者和机械臂i之间的信息传递系数，如果机械臂i能从领导者获取到信息，则b
i
>0，否则b
i
＝0；对于任何定义在集合Ω∈R
p
上的函数都可以用径向基函数神经网络来逼近用于建模，径向基函数神经网络表示如下其中表示输入向量，表示逼近误差，存在上界满足满足表示基函数向量，其中可以用高斯...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建晖，刘嘉睿，刘娟，张苑晴，胡梓凯，李咏华，吴宇深，丁家烨，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：