一种遥操作机械臂系统的时延控制方法

摘要

一种遥操作机械臂系统的时延控制方法，通过建立遥操作机械臂系统的线性化模型，进而设计状态观测器和状态反馈控制律，补偿时延造成的影响，实现有效的控制；针对遥操作机械臂系统的主从机械臂通信过程中存在随机时延问题，提出一种时延控制方法，从而实现系统的稳定和主从机械的同步控制。通过建立遥操作机械臂系统的线性化模型；根据求得的模型设计状态观测器；设计状态反馈控制律，补偿了时延造成的影响，实现了有效的控制。

主权项

一种遥操作机械臂系统的时延控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立遥操作机械臂系统的线性化模型，其关节空间的非线性动力学模型为：其中q∈Rⁿ为关节角位置，τ∈Rⁿ为输入力矩向量，M(q)∈R^n×n为惯性矩阵，为离心力和哥氏力矩阵，C(q)∈Rⁿ为重力项，为外部摩擦力；(2)定义线性组合变量q_r＝‑Λq，其中Λ是一个正定的对角矩阵，可得：(3)采用下标m和s区分主机械臂和从机械臂的相关参数，由②式可得：(4)对步骤(3)中遥操作机械臂系统的主、从机械臂分别采用如下非线性反馈控制律：可得：其中即为需要施加的控制量，在遥操作过程中存在时变时延d_t，主从机械臂的位置跟踪误差可定义为： e_m(t)＝q_m(t‑d_t)‑q_s(t), e_s(t)＝q_s(t‑d_t)‑q_m(t).   ⑥(5)设计状态观测器，定义状态变量可得扩张系统：其中，C_m＝[I 0]，对⑦设计状态观测器如下：式⑧中的状态量x_o是对状态量x的估计，观测器增益矩阵L可通过对闭环特征方程|sI‑(A‑LC_m)|进行极点配置选取，(6)设计式⑤中的控制律U，其形式为：U＝Kx_o     ⑨其中，矩阵K₁和K₂可以通过对闭环特征方程|sI+Λ|²|sI‑K₁||sI‑K₂|进行极点配置求取。