專利名稱：基于柔性機(jī)械臂的偏微分模型的邊界控制律的設(shè)計(jì)方法
基于柔性機(jī)械臂的偏微分模型的邊界控制律的設(shè)計(jì)方法(-)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明提供一種基于柔性機(jī)械臂的偏微分模型的邊界控制律的設(shè)計(jì)方法，特別是指基于雙連桿柔性機(jī)械臂的偏微分模型的自適應(yīng)邊界控制律的設(shè)計(jì)方法，屬于機(jī)械臂控制技術(shù)領(lǐng)域。背景技術(shù)：
由于具有質(zhì)量輕、速度快、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，柔性機(jī)械臂越來(lái)越多地應(yīng)用于航天和工業(yè)領(lǐng)域。然而，與剛性機(jī)械臂不同，柔性機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的彈性振蕩，因而給控制律的設(shè)計(jì)造成了困難。以往，關(guān)于柔性機(jī)械臂控制的研究大都基于常微分(Ordinary Differential Equation, ODE)動(dòng)力學(xué)模型。ODE模型在形式上簡(jiǎn)單并為控制律設(shè)計(jì)提供了方便。然而，由于ODE模型是通過(guò)忽略高階振蕩模態(tài)獲得的，因此它難以精確描述柔性系統(tǒng)的分布式參數(shù)特性并可能造成溢出不穩(wěn)定性。因此，基于柔性機(jī)械臂的偏微分動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行邊界控制律設(shè)計(jì)有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
傳統(tǒng)的基于偏微分動(dòng)力學(xué)模型的邊界控制律往往要求模型參數(shù)準(zhǔn)確，然而在實(shí)際工作環(huán)境下，系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)一般是變化的，比如柔性機(jī)械臂自由端所帶負(fù)載的質(zhì)量是變化的。于是，傳統(tǒng)的邊界控制律難以使系統(tǒng)達(dá)到滿意的性能，甚至可能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。在這種技術(shù)背景下，針對(duì)雙連桿柔性機(jī)械臂的偏微分動(dòng)力學(xué)模型，本發(fā)明給出了一種自適應(yīng)邊界控制律的設(shè)計(jì)方法。采用這種控制能夠保證閉環(huán)系統(tǒng)在系統(tǒng)參數(shù)變化情況下的全局穩(wěn)定性。
發(fā)明內(nèi)容
1、目的本發(fā)明的目的是針對(duì)雙連桿柔性機(jī)械臂的偏微分動(dòng)力學(xué)模型，給出一種自適應(yīng)邊界控制律及其具體的設(shè)計(jì)方法，使得閉環(huán)系統(tǒng)在系統(tǒng)參數(shù)不確定的情況下實(shí)現(xiàn)全局穩(wěn)定，即關(guān)節(jié)電機(jī)運(yùn)動(dòng)到期望角度并且柔性連桿上的振蕩得到抑制，以克服現(xiàn)有控制技術(shù)的不足。
2、技術(shù)方案本發(fā)明基于柔性機(jī)械臂的偏微分模型的邊界控制律的設(shè)計(jì)方法，特別是基于雙連桿柔性機(jī)械臂的偏微分模型的自適應(yīng)邊界控制律的設(shè)計(jì)方法，其設(shè)計(jì)思想是針對(duì)雙連桿柔性機(jī)械臂的偏微分動(dòng)力學(xué)模型，首先考慮到關(guān)節(jié)角運(yùn)動(dòng)和彈性振蕩的頻率不同，采用奇異攝動(dòng)的方法將偏微分動(dòng)力學(xué)模型分解為快慢子系統(tǒng)。然后，在慢子系統(tǒng)上設(shè)計(jì)慢自適應(yīng)邊界控制律，使關(guān)節(jié)電機(jī)能夠運(yùn)動(dòng)到期望位置；在快子系統(tǒng)上設(shè)計(jì)快自適應(yīng)邊界控制律來(lái)抑制彈性振蕩。最后，將快慢子系統(tǒng)組成混合控制器，實(shí)現(xiàn)雙連桿柔性機(jī)械臂關(guān)節(jié)角和振蕩的控制。按照本說(shuō)明書給出的技術(shù)方案設(shè)計(jì)自適應(yīng)邊界控制律，能夠保證閉環(huán)系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性。
下面結(jié)合流程框圖2中的步驟，具體介紹該設(shè)計(jì)方法的技術(shù)方案。
本發(fā)明基于柔性機(jī)械臂的偏微分模型的邊界控制律的設(shè)計(jì)方法，特別是基于雙連桿柔性機(jī)械臂的偏微分模型的自適應(yīng)邊界控制律的設(shè)計(jì)方法，其具體步驟如下
步驟一雙連桿柔性機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)建模
雙連桿柔性機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)建模采用哈密爾頓原理的方法。首先，給出系統(tǒng)的動(dòng)能、勢(shì)能以及非保守力做功的表達(dá)式如下
權(quán)利要求
1.基于柔性機(jī)械臂的偏微分模型的邊界控制律的設(shè)計(jì)方法，特別是基于雙連桿柔性機(jī)械臂的偏微分模型的自適應(yīng)邊界控制律的設(shè)計(jì)方法，其特征在于其具體步驟如下 步驟一雙連桿柔性機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)建模雙連桿柔性機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)建模采用哈密爾頓原理的方法，首先，給出系統(tǒng)的動(dòng)能、勢(shì)能以及非保守力做功的表達(dá)式如下
全文摘要
本發(fā)明基于柔性機(jī)械臂的偏微分模型的邊界控制律的設(shè)計(jì)方法，它有五大步驟步驟一雙連桿柔性機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)建模；步驟二雙連桿柔性機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)模型分解；步驟三自適應(yīng)邊界控制律設(shè)計(jì)；步驟四閉環(huán)系統(tǒng)全局穩(wěn)定性的驗(yàn)證；步驟五設(shè)計(jì)結(jié)束。本發(fā)明首先考慮到關(guān)節(jié)角運(yùn)動(dòng)和彈性振蕩的頻率不同，采用奇異攝動(dòng)的方法將偏微分動(dòng)力學(xué)模型分解為快慢子系統(tǒng)；然后，在慢子系統(tǒng)上設(shè)計(jì)慢自適應(yīng)邊界控制律，使關(guān)節(jié)電機(jī)能夠運(yùn)動(dòng)到期望位置；在快子系統(tǒng)上設(shè)計(jì)快自適應(yīng)邊界控制律來(lái)抑制彈性振蕩；最后，將快慢子系統(tǒng)組成混合控制器，實(shí)現(xiàn)雙連桿柔性機(jī)械臂關(guān)節(jié)角和振蕩的控制，保證閉環(huán)系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G05B13/00GK102540881SQ20121003587
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月17日
發(fā)明者劉奕寧, 劉金琨, 陳彥橋 申請(qǐng)人:國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院