[发明专利]基于鲁棒自适应的机器人关节系统跟踪控制方法

权利要求书

1.基于鲁棒自适应的机器人关节系统跟踪控制方法，包括步骤：

1)建立机器人关节系统的模型：

上述模型中，q代表机器人关节的位置向量，代表机器人关节的速度向量，代表机器人关节运动的加速度向量，u_a代表机器人关节系统的控制输入，系统参数D_q(q)代表机器人关节系统的惯性矩阵，系统参数代表机器人关节系统的离心矩阵，系统参数G_q(q)代表机器人关节系统的万有引力矩阵，系统参数代表机器人关节系统的不确定性和干扰因素；

其特征在于：还包括步骤：

2)建立机器人关节系统在同时考虑驱动故障和执行器饱和情况下的状态空间表达和误差定义：

u_a(t)＝ρ(t)[Γ(0)+L(ξ)v+ε(v)]+ε(t)

＝ρ(t)L(ξ)v+[ρ(t)Γ(0)+ρ(t)ε(v)+ε(t)]

e＝x₁-q^*

上式中，u_a(t)代表同时考虑驱动故障和执行器饱和的系统控制输入信号，Γ(0)+L(ξ)v+ε(v)代表执行器饱和情况下的控制信号，其中，v代表系统实际的控制器设计量，Γ(0)+L(ξ)v表示根据v的中值定理提出的一个平滑函数，Γ(0)是一个有界矩阵，L(ξ)是一个非负的正定矩阵，ε(v)是一个有界的近似误差，代表控制器的不确定因素；ρ(t)代表驱动器的健康系数，ε(t)代表驱动器的扰动因素；e为e(·)的简写形式，e和e(·)代表系统动态误差，代表系统动态误差的二阶导，其中，x₁＝q代表机器人关节的运动轨迹，代表机器人关节运动的加速度，q^*表示给定关节跟踪轨迹；表示给定关节跟踪的加速度，

3)设计机器人关节系统PID控制器和更新算法：

PID控制器v表示为

其中γ是设计者设计的一个参数，k_D0是设计者自行选择设计的一个常量；设计鲁棒自适应算法来自动更新控制器参数，该更新率为：

其中，σ₀，σ₁分别是需要设计者设计的正的常数，是c的估计值，常量a_f和标量函数的乘积表示系统不确定性因素的上界，是关节给定运动轨迹的二阶导的上界，γ_d是系统参数D_q(q)的上界，

4)采用步骤3)所设计的机器人关节系统PID控制器和更新算法控制机器人关节的运动轨迹。