[发明专利]多关节协作机器人微机电系统故障容错控制方法及系统

权利要求书

1.一种多关节协作机器人微机电系统故障容错控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、基于动力学基本原理建立多关节协作机器人数学模型；

S2、将微机电系统各类故障与所述数学模型相融合，以便于后续故障容错控制律设计，使设计的故障容错控制律对既定故障具有特异性；

S3、利用分数阶微积分算子构建分数阶滑模面，使用快速趋近律函数实现状态变量在分数阶滑模面附近快速收敛；

S4、针对微机电系统各类故障融合模型，利用构建的分数阶滑模面，并引入李雅普诺夫函数进行故障容错控制律设计；

S5、实施所述故障容错控制律。

2.根据权利要求1所述的多关节协作机器人微机电系统故障容错控制方法，其特征在于，所述微机电系统包括各类传感器和关节执行器。

3.根据权利要求1所述的多关节协作机器人微机电系统故障容错控制方法，其特征在于，所述故障的类型包括传感器故障和执行器故障；

所述故障进一步分为恒偏差故障与恒增益故障；

所述传感器故障包括传感器恒偏差故障与传感器恒增益故障；

所述执行器故障包括执行器恒偏差故障与执行器恒增益故障。

4.根据权利要求1所述的多关节协作机器人微机电系统故障容错控制方法，其特征在于，所述将微机电系统各类故障与所述数学模型相融合具体包括：

通过机理建模方法，将恒偏差故障以及恒增益故障融合到所述数学模型中，得到各类故障融合模型。

5.根据权利要求1所述的多关节协作机器人微机电系统故障容错控制方法，其特征在于，所述进行故障容错控制律设计的过程具体包括：

根据融合得到的故障融合模型，针对既定故障类型，使用分数阶微积分算子构建分数阶滑模面；

设计合适的李雅普诺夫函数，对该函数求导，并以确保导数负定为推导依据，所求解得到的控制律即为故障容错控制律，从理论上保证系统状态在异常情况下在分数阶滑模面附近收敛。

6.根据权利要求1所述的多关节协作机器人微机电系统故障容错控制方法，其特征在于，构建所述分数阶滑模面的滑模变量由多关节协作机器人的误差状态变量及其分数阶微分构成；所述快速趋近律函数使用符号函数或双曲正切函数；所述分数阶微积分算子的微分阶数可任意设置。

7.根据权利要求1所述的多关节协作机器人微机电系统故障容错控制方法，其特征在于，所述李雅普诺夫函数的选取不唯一，只需满足正定条件。

8.根据权利要求1所述的多关节协作机器人微机电系统故障容错控制方法，其特征在于，所述李雅普诺夫函数采用二次型李雅普诺夫函数。

9.一种多关节协作机器人微机电系统故障容错控制系统，其特征在于，包括：

主控单元，用于接收外部给定的各类故障信息，采集多关节协作机器人微机电系统的各类反馈数据；依据所述故障信息进行故障容错控制律的计算，并输出控制信号用于执行；其中，所述故障容错控制律以分数阶滑模理论为依据设计；

数据处理单元，用于数据的计算及处理；其中，所述计算包括基于分数阶滑模理论进行的故障容错控制律计算；

数据交互单元，用于与多关节协作机器人微机电系统之间进行数据交互；其中，所述数据交互包括发出故障信息，以及接收根据此故障信息计算得到的多关节协作机器人微机电系统的输出参数；所述数据交互单元具有数据传输加密和校验功能。

10.一种电子设备，其特征在于，包括控制器和存储设备；所述存储设备中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述控制器运行时执行权利要求1至8中任一项所述的多关节协作机器人微机电系统故障容错控制方法。