[发明专利]一种干扰未知球形机器人的分层滑模控制方法

权利要求书

1.一种干扰未知球形机器人的分层滑模控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、针对被控球形机器人系统建立含未知项的球形机器人系统的数学模型，所述未知项为未知干扰；

步骤二、基于神经网络对球形机器人系统的数学模型中的未知项进行逼近，并基于控制误差信息对神经网络权重参数进行自适应估计；

步骤三、基于自适应神经网络逼近的未知项及定义的滑模面，设计带有干扰补偿的滑模控制器；

步骤四、利用所述滑模控制器对干扰未知球形机器人的进行控制。

2.如权利要求1所述的一种干扰未知球形机器人的分层滑模控制方法，其特征在于，所述步骤一中，针对被控球形机器人系统建立含未知干扰的球形机器人系统的数学模型，具体如下：

其中M₁₁,M₁₂,M₂₁,M₂₂分别为球形机器人系统的惯性矩阵的元素；V₁₁和V₂₁为球形机器人的重力力矩向量中的元素；Φ为球壳的转角，为球壳的转角的角加速度，ζ为球壳内摆的转角，为球壳内摆的转角的角加速度；τ_y为球形机器人的电机输入扭矩；

设置四个状态变量x₁,x₂,x₃,x₄，令x₁＝φ，x₃＝ζ，则将球形机器人系统的数学模型即公式(1)转化为系统状态空间表达式：

其中球形机器人系统包含球壳子系统和球壳内摆子系统，f₁为球壳子系统中包含系统状态变量的时变函数；β₁为球壳子系统中控制输入的时变系数；b₁为球壳子系统中未知项的时变系数；f₂球壳内摆子系统中包含系统状态变量的时变函数；β₂为球壳内摆子系统中控制输入的时变系数；b₂球壳子系统中未知项的时变系数；Δ_y为球形机器人系统的数学模型的未知项；

其中球壳子系统中未知项为d₁＝b₁Δ_y，球壳内摆子系统中未知项为d₂＝b₂Δ_y，则系统状态空间表达式(2)描述为

3.如权利要求2所述的一种干扰未知球形机器人的分层滑模控制方法，其特征在于，所述M₁₁,M₁₂,M₂₁,M₂₂分别为球形机器人系统的惯性矩阵的元素，具体地：

其中M_s为球壳的质量，m_p为球内摆的质量，R_s为球壳的半径，l为球内摆的长度，g为重力加速度。