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专利号: 2022102068380
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于数据驱动的磁控胶囊指向控制方法,其特征在于:所述控制方法包括以下步骤:步骤1,建立胶囊机器人系统的动态模型,初始化系统状态以及控制参数,过程如下:

1.1记胶囊中心位置为[x,y,z],根据坐标变换,胶囊中任意一点的坐标C的表达形式为:其中,l表示胶囊的实际长度;ψ表示胶囊绕z轴的旋转角度;θ表示胶囊绕x轴的旋转角度; 表示胶囊绕y轴的旋转角度;

1.2胶囊机器人系统的动能和势能之和L的表达式为:其中,2R表示胶囊的理想长度;M表示胶囊的总质量;

T

考虑到胶囊机器人绕z轴的旋转速度较慢,令其指向角度q=[θφ],根据拉格朗日动力学方程,得到胶囊模型表达式为:T

G=[00] (6)

其中,B、C、G分别为惯性矩阵、科里奥利矩阵和重力矩阵; 分别表示为指向角度q的二阶和一阶微分;τ表示作用在系统上的总力矩;

步骤2,基于存在未知动态的胶囊机器人系统,定义其跟踪误差和扰动,设计控制器,过程如下:

2.1定义系统的跟踪误差:e=q‑qd        (7)其中,qd表示胶囊的期望指向角度;

定义系统中存在的扰动:

其中, a、b表示两个任意的给定参数; 表示a、b的最大值;

则基于式(3),系统的模型表达式表示为:其中,q表示qs中的一个被控量、B1,C1,G1表示q的相关参数;

2.2设计一阶滤波器:

对式(10)求导得:

其中,λ>0, 分别表示指向角度误差e的一阶和二阶微分;

2.3设计两相幂次趋近律:α(s)

S=‑ρs‑η|s| sgn(s)       (12)其中,ρ>0,η>0, p1、p2、q1、q2均为正奇数,且p1>q1>0,p2>q2>0;

将τ′设计为:

联立式(7)、(8)、(9)、(13)得:联立式(11)、(14)得: