【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种机械臂控制方法，特别是涉及一种基于指令滤波的单链机械臂约束控制方法。
技术介绍
1、随着近年来现代工业的蓬勃发展和科技水平的迅猛提高，使得对于工业过程中机械臂系统的控制要求也逐渐提高。其系统结构更加复杂，控制策略的设计也更加困难。因此针对多样化的机械臂系统，很多学者对其进行深入的研究，提出了多种控制现代化的方法，例如：模糊控制、神经网络、滑模控制、自适应动态规划、数据驱动等，其中，自适应模糊问题被广泛研究。
2、然而，目前大部分研究仅针对确定的机械臂系统的渐进稳定自适应模糊控制问题开展研究，而基于反步法的系统的基础上，对于一些系统更复杂，控制方法更精确更高效的研究并不完善，于是本专利技术针对一种非严格反馈形式的单链机械臂系统，考虑输入时滞和未知扰动，利用进阶的反步技术(指令滤波反步法)，结合有限时间稳定策略，设计一种全状态时变非对称的单链机械臂自适应模糊约束控制器。此控制器的设计对实际应用中复杂系统控制可靠性和鲁棒性的提高均具有重要实际的意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于指令滤波的单链机械臂约束控制方法。该方法针对单链机械臂，结合指令滤波方法和有限时间稳定的策略设计的全状态时变非对称自适应约束控制方法，该方法对带有输入时滞和未知扰动的不确定非线性系统进行跟踪控制。
2、本专利技术采用以下技术方案：
3、一种基于指令滤波的单链机械臂约束控制方法，该方法以非严格反馈非线性系统为模型的单链机械臂系统，提出了一种
4、(1)采用指令滤波避免了杂性爆炸问题，引入了滤波补偿信号，消除滤波器带来的误差；
5、(2)选用pade近似的方法通过引入中间变量来补偿输入时滞带来的影响；
6、(3)利用时变障碍lyapunov函数来对机械臂系统的全部状态进行时变约束，使得所有状态均不违反约束条件；
7、(4)采用快速实际有限时间机制，使控制器拥有更快地收敛速度，并且更具有鲁棒性和抗干扰能力。
8、所述的一种基于指令滤波的单链机械臂约束控制方法，所述方法中其控制器的具体控制步骤为：
9、步骤1：建立单链机械臂动力学模型，并得到其状态空间方程；
10、
11、其中
12、
13、
14、
15、j是电机转子惯性，m是连杆质量，m0是负载质量，l0是连杆长度，r0是负载半径，g是重力加速度，b0是粘滞摩擦系数，p代表电机角位移(同时也是负载位移)，i代表电机电枢电流，kτ是转矩系数，l是电枢电感，r是电枢电阻，kb是反电动势系数，v0代表输入控制电压
16、通过设置x1＝p，x3＝i，u＝v0，可以把上面提及的动力学系统方程转换为如下状态空间方程形式：
17、
18、步骤2：定义跟踪误差，设计滤波补偿信号、虚拟控制器、自适应律、和实际控制器；
19、步骤2.1设置跟踪误差为e1＝x1-yr，补偿后的误差z1＝e1-ξ1，ξ为误差补偿信号，设计虚拟控制器为：
20、
21、其中设计参数k1＝0.5,g1＝3,σ1＝22
22、设计自适应率为：
23、
24、其中ζ1＝0.1,γ1＝3
25、设计滤波补偿信号为：
26、
27、其中l1＝0.1；
28、步骤2.2设置跟踪误差为补偿后的误差z2＝e2-ξ2，ξ为误差补偿信号，设计虚拟控制器为：
29、
30、其中设计参数k2＝0.1,g2＝4,σ2＝17
31、设计自适应率为：
32、
33、其中ζ2＝0.1,γ2＝6
34、设计滤波补偿信号为：
35、
36、其中l2＝0.1；
37、步骤2.3设置跟踪误差为补偿后的误差z3＝e3-ξ3，ξ为误差补偿信号，实际控制器为：
38、
39、其中设计参数k3＝0.9,g3＝10,σ3＝18
40、设计自适应率为：
41、
42、其中ζ3＝0.2,γ2＝2
43、设计滤波补偿信号为：
44、
45、其中l3＝0.001
46、步骤3：设计lyapunov函数v＝v3为
47、
48、
49、
50、结合各种引理性质和如下设置
51、
52、可获得
53、由此可说明系统快速有限时间稳定，并且zi(i＝1,2,3)是有界的
54、设置有关补偿信号ξ的lyapunov函数
55、
56、通过运用各种引理公式，并设置k0＝1，可以得到
57、
58、由此可得ξ是有界的，进而可以得到闭环系统的所有信号是有界的。
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1.一种基于指令滤波的单链机械臂约束控制方法，其特征在于，该方法以非严格反馈非线性系统为模型的单链机械臂系统，提出了一种基于指令滤波技术和有限时间稳定方法，结合了模糊逻辑系统和自适应控制思想，并考虑到系统的输入时滞和未知扰动以及系统内含有未知非线性项的情况，设计全状态时变非对称约束模糊控制策略；单链机械臂的约束跟踪控制步骤如下:
2.根据权利要求1所述的一种基于指令滤波的单链机械臂约束控制方法，其特征在于，所述方法中其控制器的具体控制步骤为：
【技术特征摘要】
1.一种基于指令滤波的单链机械臂约束控制方法，其特征在于，该方法以非严格反馈非线性系统为模型的单链机械臂系统，提出了一种基于指令滤波技术和有限时间稳定方法，结合了模糊逻辑系统和自适应控制思想，并考虑到系统的输入时滞和未知扰动以及系...
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