[发明专利]非线性机器人抗外源干扰控制器设计方法

说明书

本发明涉及机器人控制技术领域。本发明公开了一种非线性机器人抗外源干扰控制器设计方法。本发明的技术方案包括反演控制器、受外源干扰机器人和非线性干扰观测器，其特征在于，包括如下步骤：a、不考虑外源干扰d，设计反演控制器使其输出为τ₀；b、在外源干扰d的情况下，设计非线性干扰观测器对机器人受到的外源干扰进行估计，得到外源干扰d的估计值c、由反演控制器输出τ₀和外源干扰的估计值得到抗外源干扰控制器输出τ；d、以抗外源干扰控制器输出τ对机器人进行控制，使得对外源干扰抑制的同时实现机器人实际位置q对其期望位置q_d的跟踪。本发明能够有效抑制机器人系统的外源干扰，显著提高机器人系统的位置跟踪精确性和系统运行稳定性。

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，特别涉及非线性机器人受到干扰时的控制方法，具体是非线性机器人抗外源干扰控制器设计方法。

背景技术

在实际应用中，机器人系统会受到各种各样的外部干扰，这些干扰会降低机器人系统位置跟踪的精确性，甚至影响系统的稳定性。因此，需要设计有效的控制方法以补偿外部干扰。

补偿机器人受到的外部干扰的一个有效途径是采用干扰观测器。Li等【Z.J.Li,C.Y.Su,L.Y.Wang,et al.Nonlinear disturbance observer-based control design fora robotic exoskeleton incorporating fuzzy approximation.IEEE Transactions onIndustrial Electronics,2015,62(9):5763-5775.】设计了一种非线性干扰观测器对机器人所受到的未知输入饱和、模糊逼近误差、粘性摩擦、重力和负载等因素引起的扰动力矩进行补偿。Kim等【M.Kim,J.H.Kim,S.Kim,et al.Disturbance observer based linearfeedback controller for compliant motion of humanoid robot.IEEE InternationalConference Robotics and Automation(ICRA),Brisbane,QLD,Australia,2018:403-410.】设计基于干扰观测器的估计器，以抑制机器人的建模误差和系统受到的外部干扰。然而，以上文献均没有考虑机器人受到外源干扰的情况。外源干扰是一类由外源系统产生的干扰，外源干扰可以广泛的代表部分信息已知的一类工程干扰，如振幅和相位未知，频率已知的谐波干扰等等。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种非线性机器人抗外源干扰控制器设计方法，提高机器人抗外源干扰的能力。

为了实现上述目的，根据本发明具体实施方式的一个方面，提供了一种非线性机器人抗外源干扰控制器设计方法，包括反演控制器、受外源干扰机器人和非线性干扰观测器，其特征在于，包括如下步骤：

a、不考虑外源干扰d，设计反演控制器使其输出为τ₀；

b、在外源干扰d的情况下，设计非线性干扰观测器对机器人受到的外源干扰进行估计，得到外源干扰d的估计值

c、由反演控制器输出τ₀和外源干扰的估计值得到抗外源干扰控制器输出τ；

d、以抗外源干扰控制器输出τ对机器人进行控制，使得对外源干扰抑制的同时实现机器人实际位置q对其期望位置q_d的跟踪；

所述非线性干扰观测器表达式为：