[发明专利]一种挖掘机挖机臂动力学控制方法

权利要求书

1.一种挖掘机挖机臂动力学控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤S1：对预先构建的挖机臂动力学模型进行参数线性化处理，得到挖机臂动力学模型的线性方程；

步骤S2：对挖机臂动力学模型的线性方程进行重组，得到重组后的线性方程；

步骤S3：在挖机臂的动臂、斗杆和铲斗上设置传感器，并获取激励轨迹下挖机臂的动臂、斗杆和铲斗的各个关节的力矩、角度、角速度和角加速度数据；

步骤S4：对各个关节的力矩、角度、角速度和角加速度数据进行滤波处理，并利用滤波后的数据求解重组后的线性方程中的满秩回归矩阵，利用满秩回归矩阵的条件数最小的准则对预先设计的激励轨迹计算公式进行优化，获取激励轨迹计算公式中的参数；

步骤S5:基于滤波后的数据应用最小二乘法辨识重组后的线性方程中的最小惯性参数矩阵的各参数，将最小惯性参数矩阵作为挖机臂动力学参数矩阵；

步骤S6：将挖机臂动力学参数矩阵带入重组后的线性方程中，获得辨识后的挖机臂动力学前馈模型；

步骤S7：将挖机臂动力学前馈模型输出的前馈信号输入预先构建的三环PID控制体系，三环PID控制体系输出挖机臂各关节的控制结果。

2.根据权利要求1所述的一种挖掘机挖机臂动力学控制方法，其特征在于：还包括步骤S8,步骤S8:将三环PID控制体系输出挖机臂各关节的控制结果与预设的挖机臂各关节的控制结果进行匹配，当匹配度小于匹配阈值时，返回步骤S3，重复步骤S3-S6获得更理想的挖机臂动力学前馈模型。

3.根据权利要求1或2所述的一种挖掘机挖机臂动力学控制方法，其特征在于：所述预先构建的挖机臂动力学模型的计算公式如下：

其中，为控制力矩，q、/分别为挖机臂各个关节的角度、角速度和角加速度，/为惯性力矩，/为科氏力矩和向心力矩的耦合力矩，/为重力矩，/为摩擦力矩。

4.根据权利要求3所述的一种挖掘机挖机臂动力学控制方法，其特征在于：

其中：为对/取符号函数，p_c为库仑摩擦力系数，p_v为粘滞摩擦力系数，p_s为stribeck摩擦力系数。

5.根据权利要求1或2所述的一种挖掘机挖机臂动力学控制方法，其特征在于：所述挖机臂动力学模型的线性方程的计算公式如下：

其中：为控制力矩，/为回归矩阵，q、/分别为挖机臂各个关节的角度、角速度和角加速度，/为惯性参数矩阵。/

6.根据权利要求5所述的一种挖掘机挖机臂动力学控制方法，其特征在于：所述重组后的线性方程的计算公式如下：

其中，为控制力矩，/为满秩回归矩阵，/为最小惯性参数矩阵。