[发明专利]一种基于自适应滑模控制器的取料机斗轮位置控制方法

权利要求书

1.基于自适应滑模控制器的取料机斗轮位置控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1)将吊臂末端斗轮等效为具有平动-旋转-旋转的三自由度机械臂，建立三自由度空间斗轮动力学模型，并将动力学模型转换为二阶动态模型；

步骤2)根据给定位置θ_d＝[θ_0d θ_1d θ_2d]^T与实际位置间的误差e，构造滑模面，并设计滑模控制器控制律；

步骤3)在步骤2)滑模控制器控制律的基础上，设计自适应律补偿滑模面抖振项Ksign(s)，整定控制律参数，得到自适应滑模控制器；

步骤4)将步骤3)中自适应滑模控制器输出的三自由度驱动力矩分别作用于大车平台驱动轮、绕Z轴回转关节、绕Y轴俯仰关节三个执行机构；

步骤5)依据位置检测与姿态识别系统，判断三个自由度位置是否到位，是则结束控制流程，否则跳转到步骤2)。

2.根据权利要求1所述的基于自适应滑模控制器的取料机斗轮位置控制方法，其特征在于：步骤1)将斗轮取料机视为一类具有三自由度的移动机械臂来建立动力学模型，具体步骤如下：

斗轮取料机等效为一种具有平动-旋转-旋转的三自由度的机械臂的动力学模型如下：

其中，q＝[x_cθ₁θ₂]^T，θ₁、θ₂分别为连杆1和连杆2的角度位置量，大车运动方程r_d为大车轮胎直径，为轮胎转动角速度；取A(q)＝[0 0 0]零空间的基：v为各执行机构的角速度，

其中，M₁₁＝m₀+m₁+m₂，M₁₂＝M₂₁＝-m₂r₂cosθ₂sinθ₁，M₁₃＝M₃₁＝-m₂r₂sinθ₂cosθ₁，

其中，

G(q)＝[0 0 m₂gr₂cosθ₂]^T

其中，τ＝[τ₁τ₂τ₃]，τ₁为大车平台驱动轮上的的驱动力矩，τ₂、τ₃为两旋转关节驱动力矩，M(q)∈R^3×3为惯性矩阵，为向心力和科里奥利力矩阵，G(q)是万有引力矢量，B(q)为转换矩阵，τ∈R³为输入力矩矢量，A(q)是额外的约束矩阵，λ是拉格朗日乘子；m₀为大车平台质量，m₁为连杆1的质量，m₂为连杆2的质量，g为重力加速度；连杆1和连杆2的长度分别为l₁和l₂，转动惯量分别为J₁和J₂，连杆1质心到回转关节距离为r₁，连杆2质心到俯仰关节距离为r₂；θ₁、θ₂分别为连杆1和连杆2的角度位置量，分别为连杆1和连杆2的角速度；

考虑系统未建模动态和总扰动，将动力学模型转换为二阶动态模型：

其中，表示机械臂系统的未建模动态和总扰动，简化二阶动态模型：

其中，τ＝[τ₁τ₂τ₃]，τ₁为大车平台驱动轮上的的驱动力矩，τ₂、τ₃为两旋转关节驱动力矩，q＝[x_cθ₁θ₂]^T，