一种双关节机械臂的预定时间控制器的设计方法

技术特征：
1.一种双关节机械臂的预定时间控制器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：建立双关节机械臂数学模型，并进行转换，获得转换后的模型公式；s2：根据s1获得的模型公式，设计调节函数；s3：明确控制目标，根据s1中获得的模型公式和s2的调节函数，获得第一步误差；s4：根据s3获得的第一步误差，设计虚拟控制律；s5：根据s4的虚拟控制律和s1的模型公式，获得第二步误差；s6：根据s1的模型公式和s5获得的第二步误差，设计出预定时间控制器。2.根据权利要求1所述的一种双关节机械臂的预定时间控制器的设计方法，其特征在于，s1中建立的双关节机械臂数学模型为：其中，q为机械臂的实际角位置；为机械臂的角速度；为机械臂的角加速度，m(q)为机械臂的转动惯矩阵量；为机械臂的离心力和哥氏力的矩阵；g(q)代表机械臂的重力项；u代表将要设计的预定时间控制器，d(t)为随时间变化的机械臂的不确定干扰。3.根据权利要求2所述的一种双关节机械臂的预定时间控制器的设计方法，其特征在于，s1中转化后的模型公式为：于，s1中转化后的模型公式为：其中q1＝q，q2为机械臂的角速度，为机械臂的角加速度，c为转化后机械臂的离心力和哥氏力的矩阵，g为机械臂的重力项，d为机械臂的不确定干扰。4.根据权利要求1所述的一种双关节机械臂的预定时间控制器的设计方法，其特征在于，s2中调节函数设计公式为：其中μ
i
t,t为调解函数，m0和m1初始常向量，角标i表示向量的第i个分量，t为机械臂运转时间，t为收敛时间的设定值。5.根据权利要求1所述的一种双关节机械臂的预定时间控制器的设计方法，其特征在于，第一步误差的获取基于反步控制原理。6.根据权利要求1所述的一种双关节机械臂的预定时间控制器的设计方法，其特征在于，s3中第一步误差为：z1＝q
1-q
d-μ(t，t)其中，z1为第一步误差，q1为机械臂的实际角位置，q
d
为目标跟踪轨迹，t为收敛时间的设定值，μ(t,t)为时变调节函数向量。7.根据权利要求1所述的一种双关节机械臂的预定时间控制器的设计方法，其特征在
于，s4虚拟控制律的设置方法为：其中，α为虚拟控制律，c1为控制参数，z1为第一步误差，为目标跟踪轨迹的一阶导，为时变调节函数向量的一阶导。8.根据权利要求1所述的一种双关节机械臂的预定时间控制器的设计方法，其特征在于，s5中第二步误差为：z2＝q
2-α其中，α为虚拟控制律，z2为第二步误差，q2为机械臂角速度。9.根据权利要求1所述的一种双关节机械臂的预定时间控制器的设计方法，其特征在于，s6中预定时间控制器的设计方法为：其中，u为预定时间控制器，c2为控制参数，z2为第二步误差，c为机械臂的离心力和哥氏力的矩阵，q2为机械臂的角速度，g为机械臂的重力项，d为已知常数，tanh(
·
)为双曲正切函数，κ＝0.2785，κ1为常数，ε为最终收敛误差的上界控制参数，z1为第一步误差，m为机械臂的转动惯矩阵量，为虚拟控制律的一阶导。10.根据权利要求1所述的一种双关节机械臂的预定时间控制器的设计方法，其特征在于，所述s4和s6结束后均采用李雅普诺夫函数进行稳定性分析。

技术总结
本发明公开了一种双关节机械臂的预定时间控制器的设计方法，基于双关节机械臂数学模型，并基于转换后的模型公式设计调节函数，获取第一步误差，设计虚拟控制律，最后获取第二步误差，设计出预定时间控制器，本发明不仅可以保证系统的收敛时间的状态一致性和参数一致性；同时在所提出的预定时间控制器中，系统的收敛时间是控制器中的一个参数，因此可以直接通过该参数设定并调节系统的收敛时间。接通过该参数设定并调节系统的收敛时间。接通过该参数设定并调节系统的收敛时间。


技术研发人员：王文聪 侯明善 刘柏均 乔思雨 冯丹
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2022.09.14
技术公布日：2022/11/11