【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及柔性机械臂的振动控制领域，具体指在一种具有死区非线性输入的柔性臂定位及振动控制方法的设计。
技术介绍
1、柔性机械臂、柔性弦等柔性材料具有重量轻、速度快、能耗低、灵活性强等特点，近年来，它在航空航天、工业和医疗等领域得到了广泛的应用。但由于柔性结构的刚度较小，容易产生长时间的振动，进而影响其工作质量和生产效率，阻碍了其在工程中的广泛应用，因此有效抑制柔性系统的振动非常重要。
2、在经典的控制系统中，控制算法通常会假设通过信号传输通道得到的信号精度可以无限高，即无限逼近真实信号。然而，在很多实际系统中，由于信号传输通道单次允许的传输位数受限，因而不能依靠提高信号编码位数来任意逼近原始信号。近年来，被控系统的规模不断扩大，作业环境也日益复杂，许多子系统会共用一个信号传输通道(有线或无线)此时传输通道带宽的约束便成了降低控制效果的一个重要因素。因此，这些新的应用场景要求在设计控制器时，要同时将系统的控制性能和信号的传输约束考虑在内。
3、总的来说，有效的抑制具有传输约束的柔性机械臂的振动问题具有重要意义。因此，本专利技术针对输入受限情况结合辅助系统设计自适应边界控制器消除执行器输入受限造成的影响，跟踪给定角度的同时提高柔性机械臂系统的稳定性保证实际操作顺利进行。
技术实现思路
1、本专利技术目的是为了解决柔性机械臂在工业过程中输入信号受限情况，破坏柔性机械臂的稳定性，导致长时间的弹性振动，提出具有死区非线性输入的柔性臂自适应边界振动控制方法。采用自适
2、所述的一种具有死区非线性输入的柔性臂定位及振动控制方法，其控制结构包括：
3、传感器，所述的传感器用于测量柔性臂的边界状态信息，包括激光位移传感器等；
4、执行器，所述的执行器用于接收控制器传输的控制信号，作用于柔性臂；
5、自适应边界控制器，针对执行器具有死区特性，所述的边界控制器用于消除控制输入受限情况对系统的影响。
6、本专利技术提供一种具有死区非线性输入的柔性臂定位及振动控制方法，包含以下步骤：
7、基于拉格朗日方程与hamilton原理得到柔性机械臂的系统动态方程及其边界条件；
8、基于所述的柔性机械臂模型考虑执行器输入限制问题，结合边界输出状态信息构建自适应边界控制器，并且选取合适的lyapunov函数；
9、基于所选取的lyapunov函数，验证其正定性，并结合边界条件及自适应边界控制器验证lyapunov函数对时间t一阶导数的负定性，并得到自适应边界控制器增益的取值范围。
10、进一步地，从边界所获得的状态信息包括柔性机械臂的边界位置ω(l,t)、柔性机械臂的电机旋转角度θ(t)、柔性机械臂的电机旋转角速
11、进一步地，所述柔性机械臂的振动控制方法包括：
12、基于拉格朗日方程法和hamilton原理得到柔性机械臂的动力学模型及边界条件；
13、获取柔性机械臂系统边界的状态变量信息；
14、考虑执行器输入受限，设计自适应边界控制器消除死区非线性带来的影响；
15、构造合适的lyapunov函数，验证lyapunov函数的正定性，在保证其对时间t的一阶导数负定的情况下确定所设计自适应边界控制器增益的取值范围。
16、进一步地，基于拉格朗日方程与hamilton原理得到柔性机械臂的系统动态方程如下：
17、ρytt(x,t)+eiωxxxx(x,t)-tyxx(x,t)+cyt(x,t)＝0
18、边界条件表示如下：
19、ω(0,t)＝ωx(0,t)＝ωxx(l,t)＝0
20、eiωxxx(l,t)-tωx(l,t)＝0
21、
22、其中，x∈[0,l]，t≥0.l，ρ，ei，t，i，c分别表示柔性臂的长度，单位长度的均匀质量，弯曲刚度，恒定张力，轮毂的转动惯量以及阻尼系数，φ(u)是带有死区特性的非线性输入；为θ(t)的二阶时间导数；柔性臂的横向位移y(x,t)由两部分组成：在t时刻轮毂的角位置和在位置x处，t时刻柔性臂的弹性挠度ω(x,t)，当角度θ(t)相对较小时，柔性臂横向位移为y(x,t)＝xθ(t)+ω(x,t)。
23、进一步地，系统输入为u(t)，而边界条件中死区非线性输出函数为φ(u)＝q1(t)u+q2(t)
24、其中，
25、
26、
27、其中a是决定φ(u)死区大小的参数，a＞0，q(u)为量化输入；
28、q(u)表示如下：
29、
30、进一步地，所构建的自适应边界控制器表示为：
31、
32、
33、其中e(t)＝θ(t)-θd为角度误差，θd为期望达到的角度，α和k1:k5均为正常数。
34、进一步地，所述的lyapunov函数如下：
35、v(t)＝v1(t)+v2(t)+vb(t)
36、
37、
38、
39、其中为时变增益，是估计值，ye(x,t)＝ω(x,t)+xe(t).v1(t)为能量项，v2(t)为引入控制器作用的辅助项，vb(t)为交叉项。
40、进一步地，验证所选取lyapunov函数的正定性；结合边界条件和所构造的自适应边界控制器，验证所选取lyapunov函数对时间的一阶导数负定性，同时得到控制器增益的选取范围，从而保证系统的稳定性，实现角度跟踪从而完成精确定位。
41、基于所确定控制器增益的取值范围，选取合适的增益验证所构建自适应边界控制器能够消除死区非线性对所述的柔性机械臂系统产生的影响。
42、本专利技术的有益效果为：
43、本专利技术针对柔性机械臂的振动问题，考虑实际工业工程中出现的执行器受限问题，提出一种柔性机械臂的自适应边界振动抑制方法。通过采用自适应边界控制器，消除执行器具有死区非线性对柔性臂稳定性的影响，使得柔性机械臂达到期望角度的同时振动得到抑制，从而提高操作精度。
44、与现有技术相比，其显著优点在于：(1)本专利技术所提出的自适应边界控制器可以有效的消除执行器输入受限带来的影响，保证了在执行器在输入受限情况下柔性机械臂的振动能得到很好的抑制同时跟踪给定角度；(2)所设计的自适应边界控制器所用到的边界状态信息都是可得到的，因此在实际应用中是可行的。
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1.一种具有死区非线性输入的柔性臂定位及振动控制方法，其特征在于，所述方法包括如下控制结构：
2.如权利要求1所述的一种具有死区非线性输入的柔性臂定位及振动控制方法，其特征在于，从边界所获得的状态信息包括柔性机械臂的边界位置ω(L,t)、柔性机械臂的电机旋转角度θ(t)、柔性机械臂的电机旋转角速
3.如权利要求1所述的一种具有死区非线性输入的柔性臂定位及振动控制方法，其特征在于，所述柔性机械臂的振动控制方法包括：
4.根据权利要求3所述的一种具有死区非线性输入的柔性臂定位及振动控制方法，其特征在于，基于拉格朗日方程与Hamilton原理得到柔性机械臂的系统动态方程如下：
5.根据权利要求4所述的一种具有死区非线性输入的柔性臂定位及振动控制方法，其特征在于，系统输入为u(t)，而边界条件中死区非线性输出函数为Φ(u)＝q1(t)u+q2(t)
6.根据权利要求5所述的一种具有死区非线性输入的柔性臂定位及振动控制方法，其特征如下，所构建的自适应边界控制器表示为：
7.根据权利要求3所述的一种具有死区非线性输入的柔
8.根据权利要求3所述的一种具有死区非线性输入的柔性臂定位及振动控制方法，其特征如下，验证所选取Lyapunov函数的正定性；结合边界条件和所构造的自适应边界控制器，验证所选取Lyapunov函数对时间的一阶导数负定性，同时得到控制器增益的选取范围，从而保证系统的稳定性，实现角度跟踪从而完成精确定位。
...【技术特征摘要】
1.一种具有死区非线性输入的柔性臂定位及振动控制方法，其特征在于，所述方法包括如下控制结构：
2.如权利要求1所述的一种具有死区非线性输入的柔性臂定位及振动控制方法，其特征在于，从边界所获得的状态信息包括柔性机械臂的边界位置ω(l,t)、柔性机械臂的电机旋转角度θ(t)、柔性机械臂的电机旋转角速
3.如权利要求1所述的一种具有死区非线性输入的柔性臂定位及振动控制方法，其特征在于，所述柔性机械臂的振动控制方法包括：
4.根据权利要求3所述的一种具有死区非线性输入的柔性臂定位及振动控制方法，其特征在于，基于拉格朗日方程与hamilton原理得到柔性机械臂的系统动态方程如下：
5.根据权利要求4所述的一种具有死区非线性输入的柔性臂定位及振动...
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