[发明专利]网络化机器人系统的固定时间估计器的双边跟踪控制方法

说明书

本发明公开了网络化机器人系统的固定时间估计器的双边跟踪控制方法，实施本发明的有益效果在于实现了网络化机器人系统固定时间内的双边跟踪控制。首先，本发明将双边跟踪控制方法推广到了网络化机器人系统，主要应用于网络化机器人系统分成两组执行相反任务等实际问题；其次，本发明提出了一种研究复杂机器人系统的固定时间控制框架，使得完成控制目标所需的时间具有明确可知的范围，增加了控制的余量；最后，考虑了带有外部扰动和不确定控制参数机器人动力学模型，模拟网络化机器人系统在工况下可能受到干扰的情况，使控制效果更具实用性。

技术领域

本发明涉及机器人智能控制领域，更具体地说，涉及一种网络化机器人系统的固定时间估计器的双边跟踪控制方法。

背景技术

近年来，网络化机器人系统的协同控制研究进展迅速。网络化机器人系统是一组可控的自主机器人，能够通过局部通信完成单个或者多个复杂的任务。相比于单个机器人，网络化机器人系统能够完成更加复杂的任务，并且使用更为有效和灵活的方式。因此，网络化机器人系统的控制广泛应用在工业生产、医疗、航空航天、深海勘探和军事等各个领域。

此外，以网络化机器人系统为载体的多智能体的分布式控制算法也得到了广泛的应用，其中受到学者广泛研究的控制方法有单目标和多目标的跟踪控制方法、编队和包含的控制方法、包含竞争和合作关系的双边跟踪控制方法等。由于在现实的网络化机器人系统中，机器人之间联系既有合作也有竞争的关系。因此，本专利考虑的控制方法便有效地解决了此类的双边跟踪问题，具有较好地实际应用价值。

在现实的网络化系统中，我们通常需要机器人在设定的时间范围之内完成任务以提高完成任务的效率和精确度。因此，控制所需的收敛时间也是一个很重要的控制性能。其中，以有限时间控制和固定时间控制发展最为迅速。两者的区别在于有限时间控制的收敛时间取决于初始值，而固定时间控制的收敛时间不受初值的影响。本专利使用了基于固定时间估计器的控制方法。在估计层中使用了一种时基信号发生器的方法。通过调节带有时基信号发生器的增益来实现固定时间内的收敛。该方法能够控制机器人在确定的时间范围内完成任务，增加了控制的余量。

因此，结合上述的工业实际应用上的需求，设计一种适用于网络化机器人系统的基于固定时间估计器的双边跟踪控制方法具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中较少考虑的机器人间合作与竞争关系的双边跟踪问题与固定时间内完成控制任务的问题，提供一种网络化机器人系统的固定时间估计器的双边跟踪控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种网络化机器人系统的固定时间估计器的双边跟踪控制方法，包括以下步骤：

S1、对于包含N个机器人的网络化机器人系统中的第i个机器人进行动力学建模，并构建动力学模型：

其中，M_i(q_i)表示正定惯性矩阵，表示科里奥利离心矩阵，g_i(q_i)表示引力矩阵，d_i(t)表示输入扰动，τ_i表示控制输入；q_i、和分别表示第i个机器人在关节空间中的位置、速度和加速度；t表示时间；i表示机器人的编号；

将第i+1个机器人设为跟踪目标，跟踪目标的状态信息包括位置q₀、速度v₀和加速度u₀，满足