本發(fā)明屬于運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于時(shí)變模糊滑膜的軌跡控制方法。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)滑膜控制方法在機(jī)器人軌跡跟蹤中存在高頻抖振問(wèn)題，且固定增益觀測(cè)器需依賴干擾上界，易導(dǎo)致增益保守或不足。此外，執(zhí)行器飽和及響應(yīng)延遲會(huì)降低控制精度，甚至引發(fā)系統(tǒng)不穩(wěn)定?，F(xiàn)有技術(shù)中，模糊邏輯系統(tǒng)雖能部分抑制抖振，但未與自適應(yīng)觀測(cè)器增益結(jié)合，無(wú)法動(dòng)態(tài)應(yīng)對(duì)時(shí)變擾動(dòng)；抗飽和補(bǔ)償多采用硬限幅，導(dǎo)致控制律邊界不可導(dǎo)，加劇抖振。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于時(shí)變模糊滑膜的軌跡控制方法，其包括以下步驟：

2、步驟1，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模，其動(dòng)力學(xué)方程包含慣性矩陣、科氏力矩陣、重力項(xiàng)及集總擾動(dòng)項(xiàng)；

3、步驟2，設(shè)計(jì)高階觀測(cè)器，通過(guò)擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)向量實(shí)時(shí)估計(jì)位置、速度、加速度及擾動(dòng)，通過(guò)非線性補(bǔ)償項(xiàng)和自適應(yīng)增益動(dòng)態(tài)調(diào)整狀態(tài)估計(jì)；

4、步驟3，構(gòu)建時(shí)變模糊滑膜控制律，結(jié)合等效控制項(xiàng)與切換控制項(xiàng)，利用模糊邏輯系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)整跟蹤誤差權(quán)重，并采用非線性切換項(xiàng)補(bǔ)償未知干擾；

5、步驟4，設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)限幅器，將控制指令平滑限制于執(zhí)行器物理極限，得到抗飽和控制指令，并通過(guò)觀測(cè)器反饋修正模型。

6、進(jìn)一步地，滑膜面定義為跟蹤誤差的二階導(dǎo)數(shù)與模糊邏輯系統(tǒng)輸出的非線性組合。

7、進(jìn)一步地，觀測(cè)器增益滿足：

8、，其中ηi為自適應(yīng)速率參數(shù)，ki,max為增益的安全上限。

9、進(jìn)一步地，觀測(cè)器增益滿足：

10、，其中sat(?)?為飽和函數(shù)，δ?為死區(qū)閾值，ηi為自適應(yīng)速率參數(shù)。

11、進(jìn)一步地，模糊邏輯系統(tǒng)的輸入變量配置為高斯型隸屬度函數(shù)，規(guī)則庫(kù)基于誤差動(dòng)態(tài)構(gòu)建，并采用梯度下降法在線調(diào)整后件參數(shù)。

12、進(jìn)一步地，滑膜控制的切換控制項(xiàng)為：，其中k3,k4為自適應(yīng)增益矩陣，ε為平滑因子，b為輸入變換矩陣，b+為矩陣b的偽逆，-b+表示通過(guò)偽逆矩陣b+對(duì)控制輸入進(jìn)行反向映射，m為慣性矩陣，d為集總擾動(dòng)，β為平滑度參數(shù)，σ為滑膜面。

13、進(jìn)一步地，滑膜控制的滑膜面包含時(shí)變縮放項(xiàng)。

14、進(jìn)一步地，動(dòng)態(tài)限幅器通過(guò)平滑函數(shù)漸進(jìn)飽和控制指令。

15、本發(fā)明還提供一種基于時(shí)變模糊滑膜的軌跡控制系統(tǒng)，其用于執(zhí)行前述的方法。

16、有益技術(shù)效果：通過(guò)自適應(yīng)增益觀測(cè)器實(shí)時(shí)調(diào)整增益，結(jié)合模糊邏輯系統(tǒng)優(yōu)化誤差權(quán)重，并設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)限幅器與延遲補(bǔ)償機(jī)制，平滑過(guò)渡指令，同時(shí)通過(guò)觀測(cè)器反饋修正模型，提升狀態(tài)估計(jì)精度。該方法可顯著降低抖振、增強(qiáng)抗干擾能力及抑制執(zhí)行器飽和。

技術(shù)特征：

1.一種基于時(shí)變模糊滑膜的軌跡控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，滑膜面定義為跟蹤誤差的二階導(dǎo)數(shù)與模糊邏輯系統(tǒng)輸出的非線性組合。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，觀測(cè)器增益滿足：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，觀測(cè)器增益滿足：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，模糊邏輯系統(tǒng)的輸入變量配置為高斯型隸屬度函數(shù)，規(guī)則庫(kù)基于誤差動(dòng)態(tài)構(gòu)建，并采用梯度下降法在線調(diào)整后件參數(shù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，滑膜控制的切換控制項(xiàng)為：，其中k3,k4為自適應(yīng)增益矩陣，ε為平滑因子，b為輸入變換矩陣，b+為矩陣b的偽逆，-b+表示通過(guò)偽逆矩陣b+對(duì)控制輸入進(jìn)行反向映射，m為慣性矩陣，d為集總擾動(dòng)，β為平滑度參數(shù)，σ為滑膜面。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，滑膜控制的滑膜面包含時(shí)變縮放項(xiàng)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，動(dòng)態(tài)限幅器通過(guò)平滑函數(shù)漸進(jìn)飽和控制指令。

9.一種基于時(shí)變模糊滑膜的軌跡控制系統(tǒng)，其特征在于，用于執(zhí)行權(quán)利要求1-8任一所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于時(shí)變模糊滑膜的軌跡控制方法，該方法包括：建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，設(shè)計(jì)高階觀測(cè)器實(shí)時(shí)估計(jì)位置、速度、加速度及集總擾動(dòng)，通過(guò)自適應(yīng)增益調(diào)整避免固定增益的保守性；構(gòu)建模糊滑膜控制律，結(jié)合等效控制項(xiàng)與切換控制項(xiàng)，利用模糊邏輯系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)整誤差權(quán)重；設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)限幅器與延遲補(bǔ)償機(jī)制，平滑限制控制指令至執(zhí)行器物理極限，同時(shí)基于觀測(cè)器反饋修正控制指令以抵消延遲影響。本發(fā)明通過(guò)時(shí)變模糊滑膜控制、自適應(yīng)觀測(cè)器增益及抗飽和補(bǔ)償，有效提高軌跡跟蹤精度與系統(tǒng)魯棒性。

技術(shù)研發(fā)人員：劉元建,劉重陽(yáng),程通,王碩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：納博特南京科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15