【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机器人控制，尤其涉及一种操作机器人固定时间抗干扰控制方法及系统。
技术介绍
1、本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
2、操作机器人是由多个关节和连杆组成的机器人系统，被广泛应用于智能制造、工业生产、物流运输等复杂工业领域。操作机器人的工作任务通常是使机械臂的移动路径沿着给定的参考轨迹运动，即实现预定轨迹跟踪。由于工作环境的复杂性，操作机器人系统不可避免地受到内部模型不确定性和外部环境干扰等非线性未知动态的影响。这类非线性动态与系统状态相关，而且部分被称为不匹配干扰的非线性动态对控制力不敏感，很难设计控制策略进行补偿。因此，确保操作机器人在非线性未知动态下保持轨迹跟踪具有重要的应用意义。
3、近年来，众多学者提出了许多传统的高级控制策略，以处理操作机器人在扰动、不确定性下的轨迹跟踪问题，包括自适应控制、滑模控制、鲁棒控制等。但这些传统高级控制算法均需要在操作机器人的严格假设条件下才有效，如扰动范数有界、未知动态可以参数化等。为了有效的解决系统更一般的非线性动态，神经网络和模糊逻辑等智能学习技术由于其优异的在线学习能力，被学者广泛研究及应用。作为一种特殊的神经网络，极限学习机（extreme learning machine，elm）学习技术具有激活函数和输入权重随机分配特点。与传统的神经网络学习算法相比，它具有响应速度快的优点。因此，近年来，elm学习技术已被用于解决系统的非线性动力学问题。但目前所提出的极限学习机技术仍然需要大量的学习和调节输出权重参
4、轨迹跟踪误差收敛时间作为一个重要的瞬态性能指标，是考量操作机器人系统优劣的重要指标之一。目前，固定时间控制的研究可以实现动态系统在任何初始状态下固定时间内收敛，但在考虑一般未知非线性动态以及计算资源有限的情况下，在固定时间内实现轨迹跟踪仍然难以实现。
技术实现思路
1、为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种操作机器人固定时间抗干扰控制方法及系统，能够确保操作机器人的轨迹跟踪不受非线性动态的影响，在固定时间内实现轨迹跟踪。
2、为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
3、本专利技术第一方面提供了一种操作机器人固定时间抗干扰控制方法。
4、一种操作机器人固定时间抗干扰控制方法，包括：
5、根据操作机器人的动力学特性，构建操作机器人的动力学模型；利用坐标变换，将所述动力学模型转换为二阶动态模型，所述二阶动态模型表示为第一阶系统和第二阶系统；
6、基于第一阶系统的虚拟控制信号设计鲁棒精确微分器，设置第一阶系统跟踪轨迹参考信号并通过鲁棒精确微分器获取第二阶系统跟踪轨迹参考信号；
7、根据所述动力学模型、第一阶系统跟踪轨迹参考信号和第二阶系统跟踪轨迹参考信号，获取所述操作机器人的跟踪误差信号；
8、针对第一阶系统设计第一虚拟补偿信号，基于所述第一虚拟补偿信号和跟踪误差信号构建第一误差方程，根据所述第一误差方程设计第一阶系统虚拟固定时间控制策略；针对第二阶系统设计第二虚拟补偿信号，基于所述第二虚拟补偿信号和跟踪误差信号构建第二误差方程；构建elm网络，根据所述第二误差方程和elm网络的输出信号设计第二阶系统固定时间控制策略。
9、进一步地，根据操作机器人的动力学特性，通过欧拉-拉格朗日动力学方程构建操作机器人的动力学模型。
10、进一步地，通过鲁棒精确微分器获取第二阶系统跟踪轨迹参考信号，具体为：将所述第一阶系统的虚拟控制信号输入鲁棒精确微分器，经过所述鲁棒精确微分器的固定时间滤波得到操作机器人速度状态的精确估计，并将其作为第二阶系统跟踪轨迹参考信号。
11、进一步地，利用mlp方法调节elm网络统一的权重估计值。
12、进一步地，基于所述第一阶系统虚拟固定时间控制策略消除第一阶系统的不匹配扰动影响，基于所述第二阶系统固定时间控制策略消除第二阶系统的扰动影响。
13、进一步地，所述操作机器人的跟踪误差信号包括轨迹跟踪误差信号和速度跟踪误差信号。
14、进一步地，所述固定时间抗干扰控制方法还包括：构建李雅普诺夫函数，根据李雅普诺夫稳定性定理、固定时间原理以及系统误差与补偿控制方程，进行控制方法的稳定性理论验证。
15、本专利技术第二方面提供了一种操作机器人固定时间抗干扰控制系统。
16、一种操作机器人固定时间抗干扰控制系统，包括：
17、模型构建模块，被配置为：根据操作机器人的动力学特性，构建操作机器人的动力学模型；利用坐标变换，将所述动力学模型转换为二阶动态模型，所述二阶动态模型表示为第一阶系统和第二阶系统；
18、鲁棒精确微分器设计模块，被配置为：基于第一阶系统的虚拟控制信号设计鲁棒精确微分器，设置第一阶系统跟踪轨迹参考信号并通过鲁棒精确微分器获取第二阶系统跟踪轨迹参考信号；
19、跟踪误差信号获取模块，被配置为：根据所述动力学模型、第一阶系统跟踪轨迹参考信号和第二阶系统跟踪轨迹参考信号，获取所述操作机器人的跟踪误差信号；
20、固定时间控制策略生成模块，被配置为：针对第一阶系统设计第一虚拟补偿信号，基于所述第一虚拟补偿信号和跟踪误差信号构建第一误差方程，根据所述第一误差方程设计第一阶系统虚拟固定时间控制策略；针对第二阶系统设计第二虚拟补偿信号，基于所述第二虚拟补偿信号和跟踪误差信号构建第二误差方程；构建elm网络，根据所述第二误差方程和elm网络的输出信号设计第二阶系统固定时间控制策略。
21、本专利技术第三方面提供了计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本专利技术第一方面所述的一种操作机器人固定时间抗干扰控制方法中的步骤。
22、本专利技术第四方面提供了电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本专利技术第一方面所述的一种操作机器人固定时间抗干扰控制方法中的步骤。
23、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
24、本专利技术利用鲁棒精确微分器，设计多层虚拟控制策略，使得操作机器人可以处理第一阶系统不匹配抗干扰问题；利用elm网络的非线性逼近能力，模拟非线性未知动态。基于鲁棒精确微分器、elm网络所设计的固定时间控制策略能够有效地令操作机器人的控制过程不受系统初始状态与非线性扰动的影响，并使操作机器人在可计算的固定时间内进行预定轨迹跟踪。
25、本专利技术利用mlp方法调节elm网络统一的权重估计值，避免了调节elm网络所有的参数值，降低了计算量、节省了计算资源，具有实际意义。
26、本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
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1.一种操作机器人固定时间抗干扰控制方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种操作机器人固定时间抗干扰控制方法，其特征在于，根据操作机器人的动力学特性，通过欧拉-拉格朗日动力学方程构建操作机器人的动力学模型。
3.如权利要求1所述的一种操作机器人固定时间抗干扰控制方法，其特征在于，通过鲁棒精确微分器获取第二阶系统跟踪轨迹参考信号，具体为：将所述第一阶系统的虚拟控制信号输入鲁棒精确微分器，经过所述鲁棒精确微分器的固定时间滤波得到操作机器人速度状态的精确估计，并将其作为第二阶系统跟踪轨迹参考信号。
4.如权利要求1所述的一种操作机器人固定时间抗干扰控制方法，其特征在于，利用MLP方法调节ELM网络统一的权重估计值。
5.如权利要求1所述的一种操作机器人固定时间抗干扰控制方法，其特征在于，基于所述第一阶系统虚拟固定时间控制策略消除第一阶系统的不匹配扰动影响，基于所述第二阶系统固定时间控制策略消除第二阶系统的扰动影响。
6.如权利要求1所述的一种操作机器人固定时间抗干扰控制方法，其特征在于，所述操作机器人的跟踪误差信号
7.如权利要求1所述的一种操作机器人固定时间抗干扰控制方法，其特征在于，还包括：构建李雅普诺夫函数，根据李雅普诺夫稳定性定理、固定时间原理以及系统误差与补偿控制方程，进行控制方法的稳定性理论验证。
8.一种操作机器人固定时间抗干扰控制系统，其特征在于：包括：
9.计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的一种操作机器人固定时间抗干扰控制方法中的步骤。
10.电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7任一项所述的一种操作机器人固定时间抗干扰控制方法中的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种操作机器人固定时间抗干扰控制方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种操作机器人固定时间抗干扰控制方法，其特征在于，根据操作机器人的动力学特性，通过欧拉-拉格朗日动力学方程构建操作机器人的动力学模型。
3.如权利要求1所述的一种操作机器人固定时间抗干扰控制方法，其特征在于，通过鲁棒精确微分器获取第二阶系统跟踪轨迹参考信号，具体为：将所述第一阶系统的虚拟控制信号输入鲁棒精确微分器，经过所述鲁棒精确微分器的固定时间滤波得到操作机器人速度状态的精确估计，并将其作为第二阶系统跟踪轨迹参考信号。
4.如权利要求1所述的一种操作机器人固定时间抗干扰控制方法，其特征在于，利用mlp方法调节elm网络统一的权重估计值。
5.如权利要求1所述的一种操作机器人固定时间抗干扰控制方法，其特征在于，基于所述第一阶系统虚拟固定时间控制策略消除第一阶系统的不匹配扰动影响，基于所述第二阶系统固定时...
【专利技术属性】
技术研发人员：金小峥，侯宇涵，袁东风，李娜，程盈盈，李霄剑，
申请(专利权)人：齐鲁理工学院，
类型：发明
国别省市：
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