[发明专利]考虑执行器故障的非线性机械系统类固定时间控制方法

摘要

本发明涉及一种考虑执行器故障的非线性机械系统类固定时间控制方法，设计一种类固定时间收敛的鲁棒控制技术，使得系统能够自适应地处理执行器的故障问题，还能够保证机械系统在用户给定的时间范围内达到稳定状态，且系统的稳态和瞬态性能均在预先设计的性能指标以内。优势：机械系统会在该时间之前进入稳态，即高精度地跟踪期望轨迹，保证任务的顺利完成；自适应律可以自主实现自适应补偿，保证机械系统的稳定；机械系统的瞬态参数(如收敛时间、收敛速度)和稳态参数(稳态跟踪误差)可由技术的使用者自主设计，与工程技术指标结合密切，十分适用于工程应用。

主权项

1.一种考虑执行器故障的非线性机械系统类固定时间控制方法，其特征在于步骤如下：步骤1、非线性机械系统建模：其中：p,为机械系统的广义状态量，包括机械臂系统的位置和速度、航天器姿态系统的姿态信息和角速度；分别为系统的未知惯量矩阵、科氏力和离心力矩阵，以及重力矩矢量，则分别表示系统的控制力和外部干扰；步骤2、执行器故障建模和模型转化：执行器故障建模：u^F＝b(t)u+θu,其中：为执行器的乘性故障，b₁,...,b_n为0到1的未知时变参数，表示执行器的效率存在不确定性，θu表示执行器的加性故障；非线性机械系统模型转化：其中：状态变量：q₁:＝p,f₁(q₁,q₂):＝‑H^‑1(q₁)(C(q₁,q₂)q₂+G(q₁))，f₂(q₁):＝H^‑1(q₁)，d^*:＝H^‑1(q₁)(θu+d)；定义跟踪误差为：e＝[e₁,...,e_n]^T:＝y‑y_r；其中：机械系统的输出状态y自主跟踪期望状态y_r；步骤3、新型类固定时间可达性能函数设计：其中：奇数l₂＞l₁＞0为设计参数，分别为性能函数的初值和终端值，T₀为用户设计的性能函数的可达时间；步骤4、自适应容错保性能控制器设计：自适应控制率来计算机械系统各关节施加的控制力矩：其中：k₂为正定增益矩阵，b₀:＝min{b_i,0(i＝1,...,n)}，自适应律和设计为：二阶跟踪误差为z₂＝q₂‑s₁,其中：θ_1,i＝s_1,i‑γ_1,i(i＝1,2,3)，0＜ζ₀＜4,ι₀＞0为设计参数，为自适应参数，γ_1,i(t)为虚拟控制量；其中，k_1,i为控制增益；系统的归一化跟踪误差为：对跟踪误差e＝[e₁,...,e_n]^T施加如下所示的性能约束：