1.一种带输入死区的单连杆式机器人固定时间稳定控制方法,包括以下步骤:S1、将输入死区模型化,建立带输入死区约束的单连杆式机器人系统模型,给定输入死区系统模型如下:(2)
其中,表示控制输出; , , 、 、 和 均为常数,且 和 表示曲线在负轴和正轴上的未知斜率, 和 表示未知的转折点;
单连杆式机器人系统模型给定如下:(1)
其中, 是关节角, 关节角加速度, 是关节角速度, 是转动惯量, 是摩擦阻尼系数, 是连杆质量, 是重力加速度,是连杆长度, 是输入转矩;
S2、基于反步技术,扩展径向基函数神经网络自适应控制技术和固定时间稳定控制理论,设计自适应事件触发控制器,自适应事件触发控制器设计设计流程:①设计第一虚拟控制律 :系统状态 和期望输出信号 经过线性变换得到 ,进而设计 ;
②设计第二虚拟控制律 :系统状态 ,期望输出信号的一阶导数 和第一虚拟控制律经过线性变换得到 ;利用扩展基函数神经网络对系统中的不确定参数 进行估计,得到 ,其中 为 的估计值;进而利用 和 设计 ;
③设计 :利用 和 构建 和 ,更进一步,设计得到 ,控制律 的设计如下:(21)
其中, , 表示 的转置, 为1*2矩阵,且 , 表示第二虚拟控制律;在实际情况下, 的参数难以获取,为了处理该问题,设计 来估计 的值,定义估计误差 ,且 ,其中 和 的估计值分别为 和 ,因此得到的表达式为:
(22);
④设计事件触发机制:设计了一种动态阈值事件触发机制以减少输入信号 的更新频率,从而缓解系统通讯压力和实现死区的补偿;
⑤输入信号 经过带输入死区的作用,然后输入机器人系统模型,进而实现系统的闭环控制;
S3、进行稳定性分析,根据固定时间稳定控制理论,所有误差信号 可以收敛到以下给定紧集:(53)
其中, 为自定义的Lyapunov函数, ,其中,为正数; 表示估计误差,且 ,为实数,为 的估计值; 为2*2的正定矩阵;
收敛时间 如下:
(54)
其中, 为常数,且 ;
收敛时间 满足:
(6)
其中, 为常数,且 ,系统的解可以收敛到如下紧集: (7)
引理2:对于 , ,下列不等式成立;
根据 的定义,进一步,可以得到跟踪误差会在固定的时间收敛于紧集:(55)
由(54)式可知,系统的收敛时间与系统的初始状态无关,此外,(55)式中的 , , 和是可调的,所以可以通过调整相关设计参数获得较小的跟踪误差,对于 ,有(56)表示事件出发控制输入 的一阶导数,根据事件触发机制系统模型的表达式(18)如下:(18)
其中,表示时刻; 表示 时刻的事件触发控制输入; 为测量误差,且; 、、 、 和 均为常数,且 , , , , ;
表示控制律; 表示 时刻的模型输入信号; 表示 时刻的事件触发控制输入;
表示第 次事件触发的时刻, 表示 次事件触发的时刻;
因此可以得到, 是连续有界 的,且存在一个正数 , ,由 于 ,因此时间间隔的下界 ,且 ;
S4、进行仿真。
2.根据权利要求1所述的一种带输入死区的单连杆式机器人固定时间稳定控制方法,其特征在于,S4中,仿真时单连杆式机器人系统参数选取: , , ,初始值, , , 和 。