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专利号: 2023112412707
申请人: 南通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-11-13
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于积分强化学习的双曲趋近律滑模控制方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、考虑一种具有外部扰动的非线性柔性机械臂系统,建立Takagi‑Sugeno模糊模型,提出双曲正切函数和反双曲正弦函数相结合的DHRL方法,消除SMC系统抖振;

所述步骤S1包括如下步骤:

针对非线性柔性机械臂系统,考虑外部扰动因素的影响,建立如下Takagi‑Sugeno模糊模型:式中, 和 分别为系统状态和控制输入,η1(t),…,ηp(t)是模糊规则i中服从模糊集M1i,…,Mpi的已知前提变量,其中i=1,2,…,r;r是模糊规则的个数,和 是系统矩阵,f(t)是未知匹配的外部扰动,并且系统的不确定性满足以下条件

||f(t)||≤γ1+γ2||x(t)||+γ3||u(t)||                     (2)式中,γ1>0,γ2>0,0≤γ3<1;

通过解模糊过程,得到最终的T‑S模糊系统如下

式中,hi(η(t))是如下定义的模糊规则i的隶属函数其中,μMij(η(t))是ηj(t)在Mij中的隶属度,根据Takagi‑Sugeno模糊集合理论,得出为了消除抖振,将双曲正切函数tanh(·)与反双曲正弦函数asinh(·)相结合,设计DHRL slaw如下,q

slaw=‑λ1tanh(αs(t))‑λ2|s(t)|asinh(βs(t))               (6)式中,λ1>0、λ2>0、α>0、β>0、q≥1,s(t)是滑模面的切换函数,双曲正切函数定义为表示反双曲正弦函数;

S2、基于步骤S1所提出的DHRL方法,考虑步骤S1所建立的Takagi‑Sugeno模糊模型,定义积分切换函数,设计SMC控制器,保证滑模面的可到达性;

所述S2包括如下步骤:

考虑Takagi‑Sugeno非线性模糊系统,设计以下积分切换函数以获得SMC方案m×n式中,G∈R 是切换函数矩阵,通过GB为可逆矩阵进行设计,v是滑模控制器的状态反馈项, Ki是取决于下面最优控制算法的控制器增益,在不损失一般性的情况下,矩阵G被设计为GB=Im,其中Im是m维的单位矩阵,结合式(2)f和式(6)DHRL slaw中的约束条件,提出以下SMC方案q

u=v‑(γ1+γ2||x||+γ3||u||+1)×(λ1tanh(αs)+λ2|s|asinh(βs)) (8)* *根据SMC理论,存在一个t,使得对于所有t≥t,当系统状态远离滑模面时,它们在有限时间内被驱动到边界层;

S3、基于步骤S2所设计的基于DHRL的SMC控制器,建立基于IRL的SMC控制框架,设计SMC状态反馈项;

所述S3包括如下步骤:

当系统状态轨迹被驱动到滑模面时,SMC系统处于滑动阶段,并满足以下滑模动力学,式(9)中的系统状态等同于Takagi‑Sugeno模糊系统(3)中的状态,状态反馈控制项的形式如下式中,

在传统强化学习中,通过迭代过程寻找最优控制增益Ki时,必须满足系统矩阵Ai和B的所有信息都是已知的,对于由T‑S模糊系统(3)表示的柔性机械臂非线性系统;

本方法设计了IRL算法,使得系统矩阵Ai和B的部分信息是允许未知的,并且保证了滑模动力学(9)的稳定性;

IRL算法步骤如下:

根据Lyapunov稳定性理论,得到由IRL算法2求解的状态反馈项(10)的滑模动力学(9)是渐近稳定性,基于IRL算法的柔性机械臂滑模控制系统是渐近稳定的,并且保证控制系统满足鲁棒性和无抖振特性。