[发明专利]基于参数优化可重构模块化柔性机械臂轨迹跟踪控制方法

摘要

基于参数优化可重构模块化柔性机械臂轨迹跟踪控制方法涉及可重构模块化柔性机械臂控制领域，其建立单关节智能体柔性机械臂系统模型，利用重新定义输出的思想，将关节电机转角和柔性模态变量的线性组合作为柔性机械臂系统的输出，通过输入输出线性化，将单关节柔性机械臂系统分解为输入输出子系统和零动态子系统两部分。本发明采用自适应动态终端滑模控制使得输入输出子系统有限时间跟踪期望的参考轨迹，通过采用NSGA‑II算法对设计参数λ0i，λ1i进行多目标优化设计，使柔性机械臂系统的零动态子系统在平衡点附近渐进稳定，从而保证整个柔性机械臂系统对期望轨迹的跟踪要求；本发明对系统的非线性不确定性具有更好的鲁棒性。

主权项

1.基于参数优化可重构模块化柔性机械臂轨迹跟踪控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一、建立可重构模块化柔性机械臂第i个关节智能体的动力学模型，将关节电机转角和柔性模态变量的线性组合作为单关节柔性机械臂系统的输出，通过输入输出线性化，将系统分解为输入输出子系统和零动态子系统两部分；步骤二、针对第i个关节智能体的输入输出子系统，根据信号采集与调理模块检测到可重构柔性机械臂的关节转角、关节转角变化率以及柔性模态、步骤一获得的第i个关节智能体的动力学模型获得输入输出子系统的系统方程式；在系统存在干扰及参数不确定情况下，定义参数与标称量的差值表示系统中存在的参数不确定性，得到柔性机械臂系统方程式；实现n关节可重构模块化柔性机械臂输入输出子系统状态对期望参考轨迹的跟踪；步骤三、重新定义第i个关节智能体的输出，获得输入输出子系统方程式；柔性机械臂系统在平衡点附近由非最小相位系统变为易于控制的最小相位系统；当特定的控制输入使得输入输出子系统输出为零时，内部子系统即为零动态子系统；将第i个关节智能体的零动态子系统在平衡点近似线性化保证整个柔性机械臂系统快速的跟踪期望的参考轨迹；步骤四、针对可重构柔性机械臂的第i个关节智能体的输入输出子系统，设计自适应动态终端滑模控制策略保证输入输出子系统的状态在有限时间内跟踪期望的参考轨迹；步骤五、将第i个关节智能体的零动态子系统在平衡点近似线性化，以Ai(λ0i,λ1i)的特征值严格在复平面的左半平面为约束条件，保证系统在控制过程中的动态偏差与能量消耗及控制结束时的系统稳态偏差综合最优目标，采用NSGA‑II算法对设计参数λ0i，λ1i进行参数优化设计，利用该算法所特有的精英保留策略和多样性维持机制确保柔性臂第i个智能关节子系统的零动态子系统在平衡点处渐近稳定，从而保证重构后的柔性机械臂系统跟踪期望的参考轨迹。