[发明专利]基于外骨骼机器人作动器的有限时间控制方法

权利要求书

1.一种基于外骨骼机器人作动器的有限时间控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：由系统的部分状态向量、全状态向量和输出构建下三角非线性系统有限时间控制器；

步骤2：通过有阻尼双质量系统的类比，忽略干扰后建立标称数学模型，并将数学模型转变成外骨骼机器人作动器的状态空间模型；

步骤3：利用步骤1构建的有限时间控制器，结合步骤2中的状态空间模型设计鲁棒有限时间控制律，其中，所述步骤1中，下三角非线性系统有限时间控制器可表现为以下形式：

其中，是系统的部分状态向量和全状态向量，y是系统输出，φ_i(·)，i∈N_1:4是一个已知光滑非线性函数，输出的参考信号用y_r＝y(t)及其n阶导数表示，u(t)是反馈律。

2.根据权利要求1所述的一种基于外骨骼机器人作动器的有限时间控制方法，其特征在于，所述步骤1中，实现有限时间控制器的方法如下：

步骤101，首先定义一个辅助变量向量其中由下面给出的稳定状态发生器决定：

步骤102，设z＝col(z₁,z₂,z₃,z₄)，其中其中l1是一个带宽系数；

在不进行递推稳定性分析的情况下，一个简单的广义有限时间控制器可以显式地预先构造成以下形式：

其中，v是有限时间控制器，u是反馈律，定义K＝[k₁,k₂,k₃,k₄]是霍尔维兹多项式的系数向量，p(s)＝s⁴+k₄s³+k₃s²+k₂s+k₁，r＝(1,1+τ,1+2τ,1+3τ)，

3.根据权利要求1所述的一种基于外骨骼机器人作动器的有限时间控制方法，其特征在于，所述步骤2中，通过两个增量编码器测量电机轴和丝杠的角位移，通过有阻尼双质量系统的类比，忽略不可避免的未建模干扰，建立的标称数学模型如下：

其中m_m是电机的转动惯量，m_l是连杆的转动惯量，b_m是电机粘滞摩擦系数，b_l是连杆粘滞摩擦系数，q_m是电机的转动角度，q_l是连杆的转动角度，k是串级弹性驱动器的刚度系数，F_m是电机转矩。

4.根据权利要求3所述的一种基于外骨骼机器人作动器的有限时间控制方法，其特征在于，所述步骤2中，将建立的标称数学模型转变为状态空间形式的方法如下：

设代入公式(4)中，则该标称模型可转变为以下状态空间形式：

5.根据权利要求4所述的一种基于外骨骼机器人作动器的有限时间控制方法，其特征在于，所述步骤3中，设计具有鲁棒性的有限时间控制律的方法如下：

通过给定为跟踪参考量并代入公式(5)中的状态空间形式中计算得出：

将上述各计算好的量代入到公式(3)中可以构造以下可实用于外骨骼机器人作动器的有限时间控制律：

其中，v是有限时间控制器，u是反馈律，定义K＝[k₁,k₂,k₃,k₄]是霍尔维兹多项式的系数向量，F_m是电机转矩，其中l1是一个带宽系数。