[发明专利]一种树障清理机器人刀具系统滑模控制方法

权利要求书

1.一种树障清理机器人刀具系统滑模控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据刀具系统的电压平衡方程、电磁转矩方程和运动方程，建立刀具系统的二阶状态方程；

(2)在系统二阶状态方程的基础上，设计刀具系统的滑模控制律；

(3)设计刀具系统的跟踪微分器，以获得步骤(2)滑模控制律所需给定转速的一阶、二阶微分信号，并通过跟踪微分器为系统安排过渡过程；

(4)设计刀具系统的线性扩张状态观测器，以获得步骤(2)滑模控制律所需的刀具系统转速微分信号；

步骤(1)中所述的刀具系统的二阶状态方程为：

其中，Ω为刀具系统转速，r为刀具电机等效电阻，L_X为刀具电机等效电感，J为刀具电机转动惯量，B为刀具电机粘滞摩擦系数，k_e为刀具电机线反电势系数，K_T为刀具电机转矩系数，u为施加在刀具电机两端的等效输入电压，T_l为刀具系统的负载转矩。

2.根据权利要求1所述的一种树障清理机器人刀具系统滑模控制方法，其特征在于，步骤(2)所述的滑模控制律为：

其中，滑模函数为e_s＝Ω-Ω_r，Ω_r为给定转速值，c为可调参数，且c＞0，k,η为可调参数且均为正数，sgn为符号函数。

3.根据权利要求1所述的一种树障清理机器人刀具系统滑模控制方法，其特征在于，步骤(3)所述的跟踪微分器的形式如下：

其中，v₁为跟踪微分器的过渡过程信号，v₂为跟踪微分器给出的过渡过程的微分信号，即为给定转速的二阶微分信号，r₀,h₀为两个可调参数，h₀为滤波因子，h₀一般取仿真步长即可，r₀为速度因子，r₀越大过渡过程越快；fhan函数称为最速综合函数，具体形式如下：

其中，上式中的d,d₀,a,a₀和y为fhan函数计算式的中间变量。

4.根据权利要求1所述的一种树障清理机器人刀具系统滑模控制方法，其特征在于，步骤(4)所述的线性扩张状态观测器的形式如下：

其中，为线性扩张状态观测器的观测状态，为线性扩张状态观测器唯一的可调参数，b为刀具系统增益，形式为