[发明专利]一种基于终端滑模的遥操作系统干扰有限时间补偿方法

摘要

本发明公开了一种基于终端滑模的遥操作系统干扰有限时间补偿方法，包括分别选取主机器人和从机器人组成遥操作系统，并分别测量主机器人和从机器人的系统参数，在线测量主机器人和从机器人的关机位置信息，并利用鲁棒精确差分器得到主机器人和从机器人的关节速度信息，设计基于终端滑模的有限时间干扰观测器，并反馈至主机器人和从机器人的控制器设计中，利用李雅普诺夫方程给出干扰观测器参数取值范围。本发明解决了现有干扰观测器观测速度慢且能力有限的问题，克服了参数不确定性和未知干扰对遥操作系统的影响，提高了系统的抗干扰性能。简化了控制器设计,更利于在工程实际中应用。

主权项

1.一种基于终端滑模的遥操作系统干扰有限时间补偿方法，主要包括主机器人和从机器人，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/n步骤1，分别选取主机器人和从机器人并通过网络相连组成遥操作系统，再分别测量主、从机器人的系统参数，并利用力传感器测量操作者施加的力和外界环境施加的力；/n步骤2，实时测量主机器人和从机器人的机械臂位置信息，利用鲁棒精确差分器有限时间内得到主机器人和从机器人的机械臂速度信息，基于主机器人和从机器人的机械臂位置信息，利用所述鲁棒精确差分器通过对机械臂位置信息进行精确差分计算分别得到主、从机器人的机械臂速度信息；/n所述鲁棒精确差分器设计如下/n /n式中，下标i＝m表示主机器人，i＝s表示从机器人，q_ij表示主/从机器人第j个关节的位置，y_ij1为q_ij的估计值，y_ij2为主/从机器人第j个关节的速度估计值；/n其中，φ₁(y_ij1-q_ij)和φ₂(y_ij1-q_ij)设计为：/nφ₁(y_ij1-q_ij)＝sig(y_ij1-q_ij)^1/2+μsig(y_ij1-q_ij)^3/2/n /nk₁,k₂,μ均为大于零的正常数；sig(y_ij1-q_ij)^γ＝|y_ij1-q_ij|^γsign(y_ij1-q_ij)，sign(y_ij1-q_ij)为符号函数，其定义为：/n当y_ij1-q_ij＞0时sign(y_ij1-q_ij)＝1；/n当y_ij1-q_ij＜0时sign(y_ij1-q_ij)＝-1；/n当y_ij1-q_ij＝0时sign(y_ij1-q_ij)＝0，其中，参数γ为选取的任意正常数；/n步骤3，基于所测量的关节位置和所重构的关节速度信息，设计基于终端滑模的系统干扰观测器，其中所述基于终端滑模的系统干扰观测器为有限时间干扰观测器；/n设计系统有限时间干扰观测器如下/n /n其中，/n /n /n /n /n其中，q_m,q_s∈Rⁿ为关节位移矩阵；为关节速度矩阵；x_m1＝q_m，x_s1＝q_s，M_mo(q_m),M_so(q_s)∈R^n×n为系统标称的正定惯性矩阵；为标称的哥氏力和离心力的向量；G_mo(q_m),G_so(q_s)∈Rⁿ为标称的重力力矩；F_h∈Rⁿ和F_e∈Rⁿ分别为人类操作者施加的力和环境施加的力；τ_m∈Rⁿ和τ_s∈Rⁿ为控制器提供的控制力矩；λ_m1,λ_m2,λ_s1,λ_s2,θ_m,θ_s均选取为大于零的任意正常数；和分别代表主机器人和从机器人系统干扰D_m和D_s的估计值，且x_m3＝D_m，x_s3＝D_s，其中参数代表的一阶导数；代表的一阶导数；定义为表示求的绝对值，表示求变量的符号；定义为表示求的绝对值，表示求变量的符号；/n步骤4，利用李雅普诺夫(Lyapunov)方程给出干扰观测器参数取值范围，其中，所述干扰观测器参数满足预设参数条件，进而根据实际应用对系统收敛时间的要求来确定干扰观测器参数，将干扰观测器的观测值反馈到控制器设计中，实现对遥操作系统干扰的有限时间在线补偿。/n