[发明专利]多连杆机械手系统的分布式采样控制

说明书

本发明公开了一种多连杆机械手系统的分布式跟踪问题的采样控制策略，旨在将多自主体系统的分布式跟踪问题从连续控制推广到采样控制。其技术要点是：首先选取李雅普诺夫函数，设计线性连续控制器使系统稳定，基于连续控制器结构，设计线性采样控制器，并重新进行稳定性分析使系统稳定；其次计算领导者与各跟随者之间的输出误差，得出其在有限时间之后可达到任意小的结论；最后针对有三个子连杆机械手的发明实施例，利用计算机仿真，得到系统状态、跟踪误差及控制信号的反应图，验证采样策略的有效性。在这一采样策略下，控制器结构简单，控制成本低，工作效率高的优点。本发明适用于多自主体系统的分布式采样控制的版权保护。

技术领域

本发明是针对工业中多连杆机械手系统分布式跟踪问题的采样控制策略，属于自动控制技术领域。

背景技术

在各个实际领域中，多自主体系统较单一系统应用更广，其分布式跟踪问题也成了近年来人们关注的焦点。例如，无人机编队、卫星姿态校准和负载平衡等都是多自主体系统分布式跟踪的实际应用。对于控制器的设计，之前人们大都采用连续控制器，但连续控制器时时刻刻都在采样，控制成本较高。近年来，采样控制成为一种趋势并被应用到了各领域，例如，新兴工业中的自适应采样，汽车整车稳定中的双率采样等。与连续控制器相比，采样控制器结构简单，并且在采样控制下，各个体定期执行控制和测量的任务，能有效减少控制成本，提高工作效率。因此，如何利用采样控制达到多自主体系统分布式跟踪目的是研究人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种多连杆机械手系统分布式跟踪问题的采样控制策略，用以解决现有的连续控制器控制成本高的问题。主要包括以下五个方面内容：基于当前多连杆机械手系统构建多自主体系统的动力学模型；基于多自主体系统的动力学模型和反推法，构建线性连续控制器；基于连续控制器的结构，构建线性采样控制器，并进行系统稳定性分析；基于多自主体系统的动力学模型和线性采样控制器，计算输出跟踪误差；基于此采样控制器策略，选取一具有三个子连杆机械手的发明实施例，利用计算机进行仿真来证明控制策略的有效性。

第一方面，基于当前多连杆机械手系统构建多自主体系统的动力学模型，具体包括：

考虑包含电机的多连杆机械手系统，第个连杆机械手的动力学系统描述如下：

其中，分别表示第个连杆的位置、速度和加速度。表示第个电力系统产生的转矩。第个连杆机械手系统的控制输入。引入坐标变换， 因此多连杆机械手系统可以转化为：

其中，是第个连杆机械手的输出。

第二方面，基于多自主体系统的动力学模型和反推法，构建线性连续控制器，具体包括：

第一步：进行坐标变换，选取合适的Lyapunov函数，设计虚拟控制器，可求得；

第二步：与第一步同理，进行坐标变换 ，选取合适的Lyapunov函数，设计虚拟控制器，可求得；

第三步：进行坐标变换，选取合适的Lyapunov函数，设计实际连续控制器，得到；

第四步：选取Lyapunov函数 ，求导可得，基于连续控制器，系统稳定性得证。

第三个方面，基于连续控制器的结构，构建线性采样控制器，并进行系统稳定性分析，具体包括：

第一步：基于连续控制器的结构， 设计线性采样控制器，重新对系统进行稳定性分析，可得到；

第二步：对不等式右端最后一项进行化简，最终可得到，其证明又可分为三小步：

首先，通过对进行变形，将转化为，其次，通过对系统进行变形，取范数，求得，其中，再利用微积分、比较原理等知识得到的具体表达式，进而可求得，最后通过选取适当的参数和采样周期，可得到结论；