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专利号: 2020113130865
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种机器人阀控缸驱动器自适应反馈线性化控制方法,其特征在于,包括:根据机器人关节阀控缸驱动器系统数学模型,建立所述机器人关节阀控缸驱动器系统的状态空间表达式;

基于非线性误差函数和多项式函数,获取连续光滑的非线性误差函数;

根据所述状态空间表达式和所述连续光滑的非线性误差函数,获取所述机器人关节阀控缸驱动器系统的非线性扩张状态观测器;

基于所述非线性扩张状态观测器得到系统总扰动;

基于所述状态空间表达式,利用反馈机制消除所述系统总扰动,得到更新后的系统状态空间表达式;

基于所述更新后的系统状态空间表达式,利用反步法,并依据李雅普诺夫稳定性定理,确定机器人阀控缸驱动器自适应反馈线性化控制的控制律;

基于所述控制律对机器人关节阀控缸驱动器进行控制。

2.根据权利要求1所述的机器人阀控缸驱动器自适应反馈线性化控制方法,其特征在于,所述根据机器人关节阀控缸驱动器系统数学模型,建立所述机器人关节阀控缸驱动器系统的状态空间表达式,具体包括:根据机器人关节阀控缸驱动器系统数学模型,建立所述机器人关节阀控缸驱动器系统的状态空间表达式为:

T

式中,[x1 x2 x3] 为系统状态变量,x1为系统位移,x2为系统速度,x3为系统加速度,a1、a2和a3为系统状态系数,b0为系统输入系数,w为系统扰动,u为整体控制律,y为系统输出位移。

3.根据权利要求2所述的机器人阀控缸驱动器自适应反馈线性化控制方法,其特征在于,所述基于非线性误差函数和多项式函数,获取连续光滑的非线性误差函数,具体包括:基于非线性误差函数和多项式函数,确定连续光滑的非线性误差函数的表达式为:式中,c1、c2、c3、c4、c5和c6为pol函数的系数,且由α和δ组成;α为pow函数的指数;δ为误差阈值;ε为观测器位移误差;

根据所述连续光滑的非线性误差函数的连续性和光滑性要求,确定pol函数满足的边界条件为:

根据所述pol函数满足的边界条件,求解得到所述pol函数的系数为:根据所述pol函数的系数,确定所述连续光滑的非线性误差函数。

4.根据权利要求3所述的机器人阀控缸驱动器自适应反馈线性化控制方法,其特征在于,所述根据所述状态空间表达式和所述连续光滑的非线性误差函数,获取所述机器人关节阀控缸驱动器系统的非线性扩张状态观测器,具体包括:根据所述状态空间表达式,确定机器人关节阀控缸驱动器系统的初始非线性扩张状态观测器为:

式中, 和 分别为初始非线性扩张状态观测器对系统状态量x1、x2、x3和x4的观测值,为初始非线性扩张状态观测器对f的观测值,β1、β2、β3和β4为初始非线性扩张状态观测器参数 ,fal 为初始非线性扩张状 态观测器的非线性误差函数 ,α为pow函数的指数,δ为误差阈值,ε为非T

线性扩张状态观测器位移误差,sign为符号函数;[x1 x2 x3] 为系统状态变量,x1为系统位移,x2为系统速度,x3为系统加速度,b0为系统输入系数,u为整体控制律, 为扩张状态观测器对系统位移输出y的观测值;

采用所述连续光滑的非线性误差函数,对所述初始非线性扩张状态观测器进行调整,得到调整后的非线性扩张状态观测器为:

5.根据权利要求4所述的机器人阀控缸驱动器自适应反馈线性化控制方法,其特征在于,所述基于所述状态空间表达式,利用反馈机制消除所述系统总扰动,得到更新后的系统状态空间表达式,具体包括:

利用反馈机制消除所述系统总扰动,得到系统整体控制律为:其中,d为所述系统总扰动,u′为自适应反馈线性化控制律;

根据所述状态空间表达式和所述系统整体控制律,确定不包含扰动的系统状态空间表达式为:

6.根据权利要求5所述的机器人阀控缸驱动器自适应反馈线性化控制方法,其特征在于,所述基于所述更新后的系统状态空间表达式,利用反步法,并依据李雅普诺夫稳定性定理,确定机器人阀控缸驱动器自适应反馈线性化控制的控制律,具体包括:基于系统状态系数a1、a2和a3随时间的变化量和所述更新后的系统状态空间表达式,确定基于变化量的系统状态空间表达式为:其中,ai随时间的变化量为Δai,且满足基于条件 利用反步法及李雅普诺夫稳定性理论,求解得到系统自适应反馈线性化控制律为:

其中,

式中, 为Δai的估计量;

根据求解得到的系统自适应反馈线性化控制律,确定机器人关节阀控缸驱动器系统整体控制律为:

式中,e1、e2、e3分别为与系统位移、速度和加速相关的偏差,k3为系统自适应反馈线性化控制律中与系统加速度相关的参数,x1d为系统期望输入。

7.一种机器人阀控缸驱动器自适应反馈线性化控制系统,其特征在于,包括:状态空间表达式建立模块,用于根据机器人关节阀控缸驱动器系统数学模型,建立所述机器人关节阀控缸驱动器系统的状态空间表达式;

非线性误差函数获取模块,用于基于非线性误差函数和多项式函数,获取连续光滑的非线性误差函数;

非线性扩张状态观测器获取模块,用于根据所述状态空间表达式和所述连续光滑的非线性误差函数,获取所述机器人关节阀控缸驱动器系统的非线性扩张状态观测器;

系统总扰动获取模块,用于基于所述非线性扩张状态观测器得到系统总扰动;

系统状态空间表达式更新模块,用于基于所述状态空间表达式,利用反馈机制消除所述系统总扰动,得到更新后的系统状态空间表达式;

控制律确定模块,用于基于所述更新后的系统状态空间表达式,利用反步法,并依据李雅普诺夫稳定性定理,确定机器人阀控缸驱动器自适应反馈线性化控制的控制律;

控制模块,用于基于所述控制律对机器人关节阀控缸驱动器进行控制。

8.根据权利要求7所述的机器人阀控缸驱动器自适应反馈线性化控制系统,其特征在于,所述非线性扩张状态观测器获取模块,具体包括:初始非线性扩张状态观测器确定单元,用于根据所述状态空间表达式,确定机器人关节阀控缸驱动器系统的初始非线性扩张状态观测器为:式中, 和 分别为初始非线性扩张状态观测器对系统状态量x1、x2、x3和x4的观测值,为初始非线性扩张状态观测器对f的观测值,β1、β2、β3和β4为初始非线性扩张状态观测器参数 ,fal 为初始非线性扩张状 态观测器的非线性误差函数 ,α为pow函数的指数,δ为误差阈值,ε为初T

始非线性扩张状态观测器位移误差,sign为符号函数;[x1 x2 x3]为系统状态变量,x1为系统位移,x2为系统速度,x3为系统加速度,b0为系统输入系数,u为整体控制律, 为扩张状态观测器对系统位移输出y的观测值;

非线性扩张状态观测器调整单元,用于采用所述连续光滑的非线性误差函数,对所述初始非线性扩张状态观测器进行调整,得到调整后的非线性扩张状态观测器为:

9.根据权利要求8所述的机器人阀控缸驱动器自适应反馈线性化控制系统,其特征在于,所述系统状态空间表达式更新模块,具体包括:整体控制律确定单元,用于利用反馈机制消除所述系统总扰动,得到系统整体控制律为:

其中,d为所述系统总扰动,u′为自适应反馈线性化控制律;

系统状态空间表达式更新单元,用于根据所述状态空间表达式和所述系统整体控制律,确定不包含扰动的系统状态空间表达式为:

10.根据权利要求9所述的机器人阀控缸驱动器自适应反馈线性化控制系统,其特征在于,所述控制律确定模块,具体包括:基于变化量的系统状态空间表达式确定单元,用于基于系统状态系数a1、a2和a3随时间的变化量和所述更新后的系统状态空间表达式,确定基于变化量的系统状态空间表达式为:

其中,ai随时间的变化量为Δai,且满足求解单元,用于基于条件 利用反步法及李雅普诺夫稳定性理论,求解得到系统自适应反馈线性化控制律为:其中,

式中, 为Δai的估计量;

控制律确定单元,用于根据求解得到的系统自适应反馈线性化控制律,确定机器人关节阀控缸驱动器系统整体控制律为:式中,e1、e2、e3分别为与系统位移、速度和加速相关的偏差,k3为系统自适应反馈线性化控制律中与系统加速度相关的参数,x1d为系统期望输入。