[发明专利]一种针对柔性Timoshenko梁机械臂抗饱和的边界控制方法

说明书

本发明公开了一种针对柔性Timoshenko梁机械臂抗饱和的边界控制方法，包括：获取柔性Timoshenko梁机械臂系统的动力学特征，并根据所述动力学特征，构建柔性Timoshenko梁机械臂系统模型；根据所述柔性Timoshenko梁机械臂系统模型，构建边界控制器；在抗饱和控制作用下验证所述柔性Timoshenko梁机械臂系统的稳定性；利用MATLAB仿真软件对所述柔性Timoshenko梁机械臂系统进行数字仿真，得到仿真结果；根据所述仿真结果，验证对所述柔性Timoshenko梁机械臂系统施加控制动作后的控制效果是否符合预设要求；若所述控制效果不符合所述预设要求，则根据所述仿真结果调节所述边界控制器的增益参数，使之具有较好的抗饱和控制及跟踪性能。本发明能够实现对机械臂更稳定、精确的跟踪及控制。

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种针对柔性Timoshenko梁机械臂抗饱和的边界控制方法。

背景技术

随着机器人的应用从单一的工业领域扩展到海洋、建筑、航天航空等领域，笨重、灵活度低、功能单一的刚性机械臂已经不再满足越来越复杂的外部环境的工作要求。而柔性机械臂具有质量轻、精度高、能耗小、速度快等优点，能够克服刚性机械臂的诸多缺陷。但是，由于其自身材料柔性的特点容易外部干扰的影响，在实际的工作过程中，会生产剧烈的振动，严重影响的系统的表现性能。

在现有技术中采用边界控制方法解决柔性机械臂的振动问题，是被公认为非常有效的控制方法。但是，现有技术中的边界控制方法普遍针对欧拉梁柔性机械臂，或者用于在外界干扰不确定的情况下，实现对干扰的准确估计等，而对于具有剪切形变量的Timoshenko梁柔性机械臂，加上工业控制装置中普遍存在的如饱和、反冲、磁滞和死区等非光滑非线性特性，简单的边界控制方法仍存在系统的性能降低，甚至系统不稳定的缺陷。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种针对柔性Timoshenko梁机械臂抗饱和的边界控制方法，能够实现对机械臂更稳定、精确的跟踪及控制。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种针对柔性Timoshenko梁机械臂抗饱和的边界控制方法，包括如下步骤：

获取柔性Timoshenko梁机械臂系统的动力学特征，并根据所述动力学特征，构建柔性Timoshenko梁机械臂系统模型；

根据所述柔性Timoshenko梁机械臂系统模型，构建边界控制器；

基于所述柔性Timoshenko梁机械臂系统模型，构建所述柔性Timoshenko梁机械臂系统的Lyapunov函数；

根据所述Lyapunov函数，验证所述柔性Timoshenko梁机械臂系统的稳定性；

当判断所述柔性Timoshenko梁机械臂系统满足预设的稳定性要求时，利用MATLAB仿真软件对所述柔性Timoshenko梁机械臂系统进行数字仿真，得到仿真结果；

根据所述仿真结果，验证对所述柔性Timoshenko梁机械臂系统施加控制动作后的控制效果是否符合预设要求；

若所述控制效果符合所述预设要求，则保存所述边界控制器的增益参数，结束该操作；

若所述控制效果不符合所述预设要求，则修正所述边界控制器的增益参数，重新进行数字仿真。

进一步地，所述动力学特征包括柔性Timoshenko梁机械臂系统的动能、所述柔性Timoshenko梁机械臂系统的势能，以及非保守力对所述柔性Timoshenko梁机械臂系统所做的虚功；其中，

所述动能为：