南京理工大学张益军获国家专利权
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龙图腾网获悉南京理工大学申请的专利基于模糊控制的多边遥操作系统鲁棒解耦控制方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN115685754B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-10-31发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202211317977.7,技术领域涉及:G05B13/04;该发明授权基于模糊控制的多边遥操作系统鲁棒解耦控制方法是由张益军;陈骞;周凯;蔡传捷设计研发完成,并于2022-10-26向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于模糊控制的多边遥操作系统鲁棒解耦控制方法在说明书摘要公布了:本发明公开了一种基于模糊控制的多边遥操作系统鲁棒解耦控制方法,包括:建立多边遥操作机械臂系统的动力学方程;基于模糊控制理论设计多边遥操作机械臂系统鲁棒解耦控制器。本发明实现了在多边遥操作系统中,将多个相互耦合的机械臂进行解耦补偿,从而保证系统的稳定性,保持系统的同步性。在一些对稳定性要求较高的实际应用过程中,如医疗、航天、海洋探索等领域,有着很明显的优势。
本发明授权基于模糊控制的多边遥操作系统鲁棒解耦控制方法在权利要求书中公布了:1.一种基于模糊控制的多边遥操作系统鲁棒解耦控制方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤1:建立多边遥操作机械臂系统的动力学方程,具体方法为: 根据欧拉-拉格朗日方程,建立多边遥操作机械臂系统的动力学方程,所述多边遥操作机械臂系统的结构为一主多从的遥操作系统,多边遥操作机械臂系统的动力学方程如下: 其中,m,s分别表示主、从机械臂系统;分别表示主、从机械臂的位置矢量;分别表示主从机械臂的速度矢量;分别表示主从机械臂的加速度矢量;分别表示主从机械臂的质量惯性矩阵;分别表示主从机械臂的科氏力矩阵;分别表示主从机械臂的重力矩阵;分别表示作用在主端的外力和从端对环境的作用力;分别表示主、从端的控制输入;i,j表示从机械臂序号,c为常数,gij表示从机械臂之间的耦合系数,相互耦合为1,不耦合为0,n表示矩阵维数; 步骤2:基于模糊控制理论设计多边遥操作机械臂系统鲁棒解耦,具体步骤为: 步骤2-1、设计多边遥操作机械臂系统的控制器 在保证多边遥操作机械臂系统渐进稳定的情况下,设计主从端控制器为: 其中, 其中,分别表示主从端的控制输入,分别表示主从机械臂的质量惯性矩阵,分别表示主从机械臂的科氏力矩阵,分别表示主从机械臂的重力矩阵;n表示矩阵维数;分别表示主从端的理想速度,分别表示主从端的理想加速度;em,es,i分别表示主从端的位置误差,分别表示主从端的速度误差,Λm,Λs,i均为正定矩阵;均为简化系统引入的变量;i表示从机械臂的序号; 步骤2-2、基于模糊理论设计多边遥操作机械臂系统的自适应滑模控制器 使用多输入多输出规则建立模糊If-then规则,模糊If-then规则的形式如下: 其中,R是所有模糊规则的并集,Rl表示第l个模糊规则,l=1,2,……,M,每个规则Rl的形式为: U=U1×U2×…×Un,Ui∈R V=V1×V2×…×Vm,Vj∈R 其中,M是规则总数,x=x1,…,xnT和y=y1,…ymT是模糊系统的输入和输出向量,Ui和Vj是子空间中模糊集,和是子空间模糊集里的变量,通过隶属函数和进行描述; 具有中心平均解模糊器、乘积推理机和单值模糊器的MIMO-FLS的输出如下所示: 选择作为自由参数,则上式重写为: 其中,yj表示系统的输出,yj表示第l个输出的均值,ξx=ξ1x,…,ξMxT称为模糊基函数向量,称为参数向量; MIMO-FLS重写为: y=ΘTξx 其中,Θ是一个M×m的矩阵,Θj表示矩阵Θ的第j列; 将耦合项抽象为未知的非线性项采用模糊系统来逼近耦合项,消除从机械臂之间的相互耦合,设计基于模糊补偿的自适应控制律为: 其中,c为常数,gij为耦合系数,耦合为1,无耦合为0;表示机械臂的位置矢量、速度矢量和加速度矢量;H表示非线性项,表示模糊系统; τs,i表示从端的控制输入,Ms,iqs,i表示从机械臂的质量惯性矩阵,表示从机械臂的科氏力矩阵,Gs,iqs,i表示从机械臂的重力矩阵;KD=diagKi,Ki是一个正常数,ss,i表示从端的滑模面,i为从机械臂的序号; 模糊逼近误差w为: 其中,Θ*为理想状态的参数矩阵; 自适应律设计为: 其中,Γ是一个正定矩阵,i为机械臂序号; 步骤2-3、在滑模控制器中添加鲁棒函数,得到基于模糊理论的多边遥操作机械臂系统自适应滑模控制器: 其中, 其中,分别表示主从端的控制输入,分别表示主从机械臂的质量惯性矩阵,分别表示主从机械臂的科氏力矩阵,分别表示主从机械臂的重力矩阵;n表示矩阵维数; sm,ss,i分别表示主从端的滑模面,分别表示主从端的理想速度,分别表示主从端的理想加速度;em,es,i分别表示主从端的位置误差,分别表示主从端的速度误差,Λm,Λs,i均为正定矩阵;均为简化系统引入的变量;i表示从机械臂的序号; 表示模糊系统,α,βi均为正常数,satsm,satss,i分别表示主从端控制器的饱和函数。
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