[发明专利]多机械臂系统的分布式自适应协调控制方法

摘要

本发明公开了一种多机械臂系统的分布式自适应协调控制方法，该方法以多个欧拉‑拉格朗日方程表示具有不确定性参数的非线性多机械臂系统，考虑系统通信网络切换和具有通信时滞的情况下，利用控制力矩来分布式地协调控制各个机械臂系统关节的转动角度和角速度，通过设计分布式自适应协调控制算法使含有不确定参数的非线性多机械臂系统的转动角度实现一致同步，同时其转动角速度都为零。通过本发明方法设计的分布式自适应协调控制器能够解决多机械臂系统中的不确定性参数、有向切换通信网络拓扑结构和存在通信时滞等实际因素对系统性能带来的不利影响，实现了多机械臂系统的稳定和有效运行。

主权项

1.多机械臂系统的分布式自适应协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，建立含有不确定性参数的非线性多机械臂系统的运动模型；每个机械臂系统的运动模型由含有不确定参数的非线性欧拉‑拉格朗日方程表示，其参数满足有界性、反对称性和参数线性化的性质，多机械臂系统的运动模型如下方程(1)：其中，τ_i(t)∈R^m指第i个机械臂系统的控制力矩；q_i(t)∈R^m,和分别表示第i个机械臂系统的转动角度、角速度和角加速度；g_i(q_i)∈R^m是重力项；M_i(q_i)∈R^m×m为对称正定的惯性矩阵；是哥氏力和离心力项；步骤二，建立有向切换通信网络拓扑结构下多机械臂系统的信息交互模型；所述信息交互模型由相邻机械臂系统之间的通信路径构成；步骤三，不确定性参数的估计及分布式自适应协调控制器设计；利用自适应技术建立自适应估计方程，用于估计多机械臂系统中的不确定性参数；利用相对状态反馈技术，设计分布式自适应协调控制器，由方程(2)和方程(3)构成：其中，τ_i(t)∈R^m指第i个机械臂系统的控制力矩；q_i(t)∈R^m,和分别表示第i个机械臂系统的转动角度、角速度和角加速度；是包含广义坐标及其高阶导数的已知函数矩阵；是机械臂i的常值不确定参数θ_i的估计值，其包含机械臂的铰链质量、瞬时惯性物理参数；K_i∈R^m×m和Ω_i∈R^r×r都是已知的正定矩阵；a_ij(t)是有向切换通信拓扑图中连接节点i和j的边的个数；d(t)是随时间不断变化的通信时滞，满足且有界，γ为正常数；步骤四，构造每个机械臂系统的分布式误差方程；将所述的分布式自适应协调控制器作用于含有不确定性参数的非线性多机械臂系统，针对每个机械臂系统，构造基于所述信息交互模型的分布式误差方程；步骤五，多机械臂系统达到分布式协调控制目标的稳定性分析；利用代数图论、矩阵论、Lyapunov稳定性理论和Barbalat引理，分析并获得有向切换通信网络拓扑结构下具有通信时滞的多机械臂系统转动角度和角速度分别实现同步的充分条件，保证整个系统的协调控制和稳定工作。