一种齿轮巡检全局终端滑模有限时间延迟观测控制方法技术

一种齿轮巡检全局终端滑模有限时间延迟观测控制方法，包括，基于齿轮巡检机器人系统N关节机械臂数学模型，构建无模型控制框架并定义齿轮巡检机器人系统N关节机械臂跟踪误差方程；利用延时观测器，对齿轮巡检机器人系统不确定性参数和未知外扰进行实时观测补偿；以齿轮巡检机器人系统N关节机械臂跟踪误差方程为基础，结合机械臂跟踪误差比例项、机械臂跟踪误差非奇异终端积分项、机械臂跟踪误差初始项，构建有限时间收敛全局非奇异终端滑模面；采用幂次趋近律、等速趋近律为基础的混合趋近律，设计齿轮巡检机器人系统N关节机械臂全局终端滑模有限时间延迟观测控制器；验证了齿轮巡检机器人系统N关节机械臂为目标的轨迹跟踪试验。跟踪试验。跟踪试验。

【技术实现步骤摘要】
一种齿轮巡检全局终端滑模有限时间延迟观测控制方法


[0001]本专利技术涉及工业机器人控制系统
，尤其涉及一种齿轮巡检全局终端滑模有限时间延迟观测控制方法。

技术介绍

[0002]工业机器人是一种具有多关节机械手或多自由度的装置，一般由机械部分、传感部分、控制部分构成，其广泛被用在汽车制造、物流仓储搬运、精密电子等工业领域。巡检机器人作为工业机器人重要的分支，其中齿轮巡检机器人常被用在齿轮质量工艺检测方面。齿轮巡检机器人是由多关节机械手、视觉装置组成，通过控制其末端轨迹位移，从而实现末端视觉装置的多角度检测。齿轮巡检机器人作为一种多维度非线性系统，其自身存在不确定性：不确定性参数和未知外扰。传统基于模型的控制方法存在一定的先天缺陷，无法解决精确系统模型缺失问题，造成控制精度低且响应速度迟缓等问题。

技术实现思路

[0003]鉴于上述现有存在的问题，针对如何针对齿轮巡检机器人系统N关节机械臂传统基于模型的控制方法精度低且响应速度迟缓等问题，提出了一种齿轮巡检全局终端滑模有限时间延迟观测控制方法。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：基于齿轮巡检机器人系统N关节机械臂数学模型，构建无模型控制框架并定义齿轮巡检机器人系统N关节机械臂跟踪误差方程；利用延时观测器，实现对齿轮巡检机器人系统不确定性参数和未知外扰进行实时观测补偿；以齿轮巡检机器人系统N关节机械臂跟踪误差方程为基础，结合齿轮巡检机器人系统N关节机械臂跟踪误差比例项、齿轮巡检机器人系统N关节机械臂跟踪误差非奇异终端积分项、齿轮巡检机器人系统N关节机械臂跟踪误差初始项，构建有限时间收敛全局非奇异终端滑模面；采用幂次趋近律、等速趋近律为基础的混合趋近律，设计齿轮巡检机器人系统N关节机械臂全局终端滑模有限时间延迟观测控制器τ(t)。
[0005]作为本专利技术所述的齿轮巡检全局终端滑模有限时间延迟观测控制方法的一种优选方案，其中：
[0006]所述的齿轮巡检机器人系统包含：图像运算中心、高倍相机、N关节机械臂。
[0007]作为本专利技术所述的齿轮巡检全局终端滑模有限时间延迟观测控制方法的一种优选方案，其中：
[0008]所述的齿轮巡检机器人系统N关节机械臂数学模型：
[0009][0010]其中，等式左边分别为：齿轮巡检机器人系统N关节机械臂惯性力项齿轮巡检机器人系统N关节机械臂离心力和哥氏力项齿轮巡检机器人系统N关节机械臂重力项G(q(t))∈R
n
×1、齿轮巡检机器人系统N关节机械臂摩擦力项
外扰项τ
d
(t)∈R
n
×1；m(q(t))∈R
n
×
n
为齿轮巡检机器人系统N关节机械臂惯性矩阵，为齿轮巡检机器人系统N关节机械臂离心力和哥氏力矩阵；等式右边为齿轮巡检机器人系统N关节机械臂控制力项τ(t)∈R
n
×1。
[0011]基于所述的齿轮巡检机器人系统N关节机械臂数学模型，构建无模型控制框架：
[0012][0013]其中，m(q(t))∈R
n
×
n
为齿轮巡检机器人系统N关节机械臂无模型框架控制器无物理意义调参增益矩阵，d(t)∈R
n
×1为齿轮巡检机器人系统不确定性参数和未知外扰，定义如下：
[0014][0015]定义所述的齿轮巡检机器人系统N关节机械臂的跟踪误差为：
[0016]e(t)＝q
*
(t)
‑
q(t)
[0017]其中，q
*
(t)是所述的齿轮巡检机器人系统N关节机械臂的目标轨迹，q(t)是所述的齿轮巡检机器人系统N关节机械臂的实际轨迹，e(t)是所述的齿轮巡检机器人系统N关节机械臂的跟踪误差；
[0018]将所述的齿轮巡检机器人系统N关节机械臂的跟踪误差取二阶微分得：
[0019][0020]其中，是e(t)的二阶微分；是q
*
(t)的二阶微分；是q(t)的二阶微分；
[0021]定义齿轮巡检机器人系统N关节机械臂跟踪误差方程：
[0022][0023]作为本专利技术所述的齿轮巡检全局终端滑模有限时间延迟观测控制方法的一种优选方案，其中：
[0024]定义延时观测器：
[0025][0026]其中，代表齿轮巡检机器人系统不确定性参数和未知外扰的估计值，τ(t
‑
Δt)代表t
‑
Δt时刻的齿轮巡检机器人系统N关节机械臂全局终端滑模有限时间延迟观测控制器，q(t
‑
Δt)代表t
‑
Δt时刻的齿轮巡检机器人系统N关节机械臂的实际轨迹，代表t
‑
Δt时刻的齿轮巡检机器人系统N关节机械臂的实际轨迹二阶微分。
[0027]作为本专利技术所述的齿轮巡检全局终端滑模有限时间延迟观测控制方法的一种优选方案，其中：
[0028]定义有限时间收敛全局非奇异终端滑模面：
[0029][0030][0031]其中，k
p
e(t)代表齿轮巡检机器人系统N关节机械臂跟踪误差比例项，k
p
是其调参增益，代表齿轮巡检机器人系统N关节机械臂跟踪误差非奇异终端积分项，k
i
，p，j是其调参增益，满足：p<j<2p且p、j为正奇数，k
p
e(0)代表齿轮巡检机器人系统N关节机械臂跟踪误差初始项，s1(t)，s2(t)，
…
，s
n
(t)是有限时间收敛全局非奇异终端滑模面子滑模面；
[0032]将所述的全局非奇异终端滑模面取一阶微分：
[0033][0034]其中，是有限时间收敛全局非奇异终端滑模面子滑模面的一阶微分；
[0035]取得有限收敛时间为：
[0036][0037]其中，t
s
是收敛时间，c是任一常数。
[0038]作为本专利技术所述的齿轮巡检全局终端滑模有限时间延迟观测控制方法的一种优选方案，其中：
[0039]定义所述的幂次趋近律：
[0040][0041]其中，a>0和1>β>0是调参增益；
[0042]定义所述的等速趋近律：
[0043][0044]其中，b>0是调参增益；
[0045]以幂次趋近律、等速趋近律为基础，定义所述的混合趋近律：
[0046][0047]其中，
[0048]作为本专利技术所述的齿轮巡检全局终端滑模有限时间延迟观测控制方法的一种优选方案，其中：
[0049]基于延时观测器、有限时间收敛全局非奇异终端滑模面、以幂次趋近律、等速趋近律为基础的混合趋近律，由无模型控制框架设计齿轮巡检机器人系统N关节机械臂全局终端滑模有限时间延迟观测控制器τ(t)：
[0050][本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种齿轮巡检全局终端滑模有限时间延迟观测控制方法，其特征在于：包括如下步骤：S1，基于齿轮巡检机器人系统N关节机械臂数学模型，构建无模型控制框架并定义齿轮巡检机器人系统N关节机械臂跟踪误差方程；S2，利用延时观测器，实现对齿轮巡检机器人系统不确定性参数和未知外扰进行实时观测补偿；S3，以齿轮巡检机器人系统N关节机械臂跟踪误差方程为基础，结合齿轮巡检机器人系统N关节机械臂跟踪误差比例项、齿轮巡检机器人系统N关节机械臂跟踪误差非奇异终端积分项、齿轮巡检机器人系统N关节机械臂跟踪误差初始项，构建有限时间收敛全局非奇异终端滑模面；S4，采用幂次趋近律、等速趋近律为基础的混合趋近律，设计齿轮巡检机器人系统N关节机械臂全局终端滑模有限时间延迟观测控制器τ(t)。2.根据权利要求1所述的一种齿轮巡检全局终端滑模有限时间延迟观测控制方法，其特征在于：步骤S1中，所述的齿轮巡检机器人系统包含：图像运算中心、高倍相机、N关节机械臂。3.根据权利要求1～2任一所述的一种齿轮巡检全局终端滑模有限时间延迟观测控制方法，其特征在于：步骤S1中，所述的齿轮巡检机器人系统N关节机械臂数学模型：其中，等式左边分别为：齿轮巡检机器人系统N关节机械臂惯性力项齿轮巡检机器人系统N关节机械臂离心力和哥氏力项齿轮巡检机器人系统N关节机械臂重力项G(q(t))∈R
n
×1、齿轮巡检机器人系统N关节机械臂摩擦力项外扰项τ
d
(t)∈R
n
×1；M(q(t))∈R
n
×
n
为齿轮巡检机器人系统N关节机械臂惯性矩阵，为齿轮巡检机器人系统N关节机械臂离心力和哥氏力矩阵；等式右边为齿轮巡检机器人系统N关节机械臂控制力项τ(t)∈R
n
×1；基于所述的齿轮巡检机器人系统N关节机械臂数学模型，构建无模型控制框架：其中，m(q(t))∈R
n
×
n
为齿轮巡检机器人系统N关节机械臂无模型框架控制器无物理意义调参增益矩阵，d(t)∈R
n
×1为齿轮巡检机器人系统不确定性参数和未知外扰，定义如下：定义所述的齿轮巡检机器人系统N关节机械臂的跟踪误差为：e(t)＝q
*
(t)
‑
q(t)其中，q
*
(t)是所述的齿轮巡检机器人系统N关节机械臂的目标轨迹，q(t)是所述的齿轮巡检机器人系统N关节机械臂的实际轨迹，e(t)是所述的齿轮巡检机器人系统N关节机械臂的跟踪误差；将所述的齿轮巡检机器人系统N关节机械臂的跟踪误差取二阶微分得：
其中，是e(t)的二阶微分；是q
*
(t)的二阶微分；是q(t)的二阶微分；定义齿轮巡检机器人系统N关节机械臂跟踪误差方程：4.根据权利要求1～3任一所述的一种齿轮巡检全局终端滑模有限时间延迟观测控制方法，其特征在于：步骤S2中，定义延时观测器：其中，代表齿轮巡检机器人系统不确定性参数和未知外扰的估计值，τ(t
‑
Δt)代表t
‑
Δt时刻的齿轮巡检机器人系统N关节机械臂全局终端滑...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪红军，朱明祥，
申请(专利权)人：南京师范大学泰州学院，
类型：发明
国别省市：