【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机械臂控制领域，尤其涉及一种带有扰动观测器的机械臂控制方法。
技术介绍
1、机械臂在国防、医疗和工业等领域得到了广泛应用。提高机械臂控制系统的轨迹跟踪精度和动态性能是当前研究的热点。机械臂是一种非线性机械系统，在工作过程中会受到扰动的影响，这对其预设性能控制带来了挑战。现有技术在设计机械臂预设性能控制器时，多数未构造扰动观测器。如果扰动增加，将导致轨迹跟踪精度下降，且控制信号会出现严重波动。
2、预设性能控制是设计机械臂控制器的典型方法，但目前大多数预设性能控制方法需要事先知道初始跟踪误差的信息。换言之，初始跟踪误差必须在预设范围内才能有效，这存在一定局限性。传统的机械臂控制方法需要对虚拟控制律取时间导数，然而，该操作会增加控制方法的复杂性。
3、在经典的机械臂采样控制系统中，控制器实时将输出数据传送给执行机构。如果采样频率过高，将会浪费大量通信资源，并导致执行机构频繁动作，从而降低其使用寿命。现有的事件驱动方法在一定程度上能够减少控制信号的传输。如何利用动态事件触发的方法进一步减少控制信号的传输是一个值得研究的问题。综上所述，针对考虑扰动的单关节机械臂，在不利用初始跟踪误差的前提下，设计基于动态事件触发的控制方法是机械臂控制领域的难点。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种带有扰动观测器的机械臂控制方法。其目的在于解决现有控制方法在不利用初始跟踪误差的前提下，未能使机械臂轨迹跟踪误差以预设的性能收敛，并且无法在线估计扰动，以及大量浪费控制系统
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案，包括：
3、带有扰动观测器的机械臂控制方法，步骤为：
4、步骤1.建立考虑扰动的单关节机械臂数学模型；
5、步骤2.根据单关节机械臂数学模型，构造扰动观测器得到扰动的估计量；
6、步骤3.针对单关节机械臂数学模型产生的跟踪误差χ1，设计预设性能函数限制跟踪误差χ1；
7、步骤4.结合速率函数，利用非线性变换将受限的跟踪误差χ1转换为非受限的变量η1；
8、步骤5.根据非受限的变量η1和反步法，构造一阶滤波器；
9、步骤6.根据扰动的估计量和一阶滤波器的输出，设计基于动态事件触发的机械臂控制律，实现跟踪误差按照预设性能收敛。
10、进一步的，步骤1中所述考虑扰动的单关节机械臂数学模型为：
11、
12、其中，q为关节角位置，为关节角速度，为关节角加速度，jm为电机的转动惯量，vm为粘性摩擦系数，mm为关节的质量，lm为从关节轴到质心的距离，g为重力加速度，δdis为扰动，u为电机提供的控制力矩。
13、进一步的，步骤2中所述扰动观测器为：
14、
15、其中，xz为辅助变量，为辅助变量，表示扰动δdis的估计量，ld1、ld2和ld3为设计参数，且为正数，0＜αd＜1和βd＞1为设计参数，且αd和βd的选择还应保证和是实数。
16、进一步的，步骤3中所述跟踪误差为：
17、χ1＝q-qd
18、其中，qd表示期望的轨迹；
19、预设性能函数为：
20、
21、其中，hp和lp为设计参数，且为正数，ρt为误差收敛的设定时间，ρf为误差收敛的预设范围，t表示时间，π表示圆周率。
22、进一步的，步骤4中所述非受限的变量η1为：
23、
24、其中，ρp表示限制跟踪误差χ1的预设性能函数，变量νe＝γsχ1，γs为速率函数，其表达式为
25、
26、其中，t表示时间，π表示圆周率，γt为时间参数，且0＜γt＜ρt。
27、进一步的，步骤5中所述一阶滤波器为：
28、
29、其中，τom＞0表示设计参数，αxf表示一阶滤波器的输出，表示αxf的时间导数，虚拟控制律αx1的表达式为：
30、
31、其中，是qd的时间导数，k1和b1为设计参数，且为正数，
32、进一步的，步骤6中所述基于动态事件触发的机械臂控制律为：
33、
34、其中，ade、bde和ρde为设计参数，且为正数，ξde＝u-αx2，为正整数，t表示时间，θde表示中间变量，虚拟控制律αx2的表达式为：
35、
36、其中，k2＞1为设计参数，为误差变量。
37、本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
38、1、本专利技术针对考虑扰动的单关节机械臂，在不利用初始跟踪误差的前提下，设计基于动态事件触发的机械臂控制方法，使得轨迹跟踪误差以预设的性能收敛；
39、2、本专利技术构造新颖的扰动观测器得到扰动的估计量，保证轨迹跟踪的精度；
40、3、本专利技术设计新颖的动态事件触发方法，该方法可以减少数据传输，节约控制系统的通信资源。
41、基于上述理由本专利技术可在机械臂控制领域广泛推广。
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1.一种带有扰动观测器的机械臂控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的带有扰动观测器的机械臂控制方法，其特征在于：步骤1中考虑扰动的单关节机械臂数学模型为：
3.根据权利要求1所述的带有扰动观测器的机械臂控制方法，其特征在于：步骤2中扰动观测器为：
4.根据权利要求1所述的带有扰动观测器的机械臂控制方法，其特征在于：步骤3中跟踪误差为：
5.根据权利要求1所述的带有扰动观测器的机械臂控制方法，其特征在于：步骤4中非受限的变量η1为：
6.根据权利要求1所述的带有扰动观测器的机械臂控制方法，其特征在于：步骤5中一阶滤波器为：
7.根据权利要求1所述的带有扰动观测器的机械臂控制方法，其特征在于：步骤6中基于动态事件触发的机械臂控制律为：
【技术特征摘要】
1.一种带有扰动观测器的机械臂控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的带有扰动观测器的机械臂控制方法，其特征在于：步骤1中考虑扰动的单关节机械臂数学模型为：
3.根据权利要求1所述的带有扰动观测器的机械臂控制方法，其特征在于：步骤2中扰动观测器为：
4.根据权利要求1所述的带有扰动观测器的机械臂控制方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵海超，王浩然，秦莲童，关学铭，袁璐，刘波，谢宝玲，杜坡，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：
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