基于力观测器的时延主从式机械臂系统鲁棒控制方法

技术特征：
1.一种基于力观测器的时延主从式机械臂系统鲁棒控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立主从式机械臂系统模型的运动学方程；步骤2：基于力观测器设计主从机械臂的滑模控制器。2.根据权利要求1所述的基于力观测器的时延主从式机械臂鲁棒控制方法，其特征在于，步骤1建立主从式机械臂系统模型的运动学方程的具体方法为：根据欧拉-拉格朗日方程，建立从式机械臂系统模型的运动学方程，具体如下：拉格朗日方程，建立从式机械臂系统模型的运动学方程，具体如下：其中，m,s分别表示主、从机械臂系统；分别表示主从机械臂的位置矢量；分别表示主从机械臂的速度矢量；分别表示主从机械臂的加速度矢量；分别表示主从机械臂的质量惯性矩阵；分别表示主从机械臂的科氏力矩阵；分别表示主从机械臂的重力矩阵；分别表示作用在主端的外力和从端对环境的作用力；分别表示主从端的控制输入；表示主从端的干扰矩阵；n表示矩阵维数。3.根据权利要求2所述的基于力观测器的时延主从式机械臂鲁棒控制方法，其特征在于，m(q)和存在以下关系：对任意矩阵4.根据权利要求1所述的基于力观测器的时延主从式机械臂鲁棒控制方法，其特征在于，步骤2基于力观测器设计主从机械臂的滑模控制器的具体步骤为：步骤2-1、设计非线性力观测器：1、设计非线性力观测器：其中，f为系统的外力，为系统外力观测值，为系统外力观测值的导数；为观测器增益矩阵，q为机械臂的位置矢量，为机械臂的速度矢量；z为本发明设计的辅助变量，为辅助变量z的导数；g(q)为机械臂的重力矩阵，为机械臂的科氏力矩阵，τ为控制输入；为观测器辅助矢量；步骤2.2、根据选取的滑模面，在保证主从机械臂系统渐进稳定的情况下，设计主从端机械臂的滑模控制器，具体为：机械臂的滑模控制器，具体为：其中：
其中，分别表示主从端的控制输入，分别表示主从机械臂的质量惯性矩阵，分别表示主从机械臂的科氏力矩阵，分别表示主从机械臂的重力矩阵；n表示矩阵维数，sat(s)为饱和函数，α,β分别表示主从端饱和函数的系数，分别表示主从端外力的观测值；s
m
,s
s
分别表示主从端的滑模面，q
md
,q
sd
分别表示主从端的理想位置；分别表示主从端的理想速度；e
m
,e
s
分别表示主从端的位置误差，分别表示主从端的速度误差，λ
m
,λ
s
均为正定矩阵；均为简化系统引入的变量；δ为饱和函数的边界层厚度。5.根据权利要求4所述的基于力观测器的时延主从式机械臂鲁棒控制方法，其特征在于，观测器辅助矢量p和观测器增益矩阵l的关系如下：6.根据权利要求4所述的基于力观测器的时延主从式机械臂鲁棒控制方法，其特征在于，观测器增益矩阵l和观测器辅助矢量p的取值由以下关系决定：l(q)＝x-1
m-1
(q)其中，x为正定矩阵，m为机械臂的质量惯性矩阵，q为机械臂的位置矢量，为机械臂的速度矢量。

技术总结
本发明公开了一种基于力观测器的时延主从式机械臂系统鲁棒控制方法，包括以下步骤：步骤1：建立主从式机械臂系统模型的运动学方程；步骤2：基于力观测器设计主从机械臂的滑模控制器。本发明实现了在不使用力传感器的情况下达到对系统外力进行观测的目的，在只有位置传感器的硬件结构基础上将系统扩展为位置-力反馈控制，相对于以往简单的位置控制方法来说，本发明在保证系统稳定性的前提下，提高了系统的透明性。系统的透明性。系统的透明性。


技术研发人员：陈骞 张益军 陈智强 蔡传捷 周凯
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2022.08.30
技术公布日：2022/11/15