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申请/专利权人：南京师范大学泰州学院

摘要：一种齿轮巡检分数阶全局滑模非线性扩展状态控制方法，包括，基于齿轮巡检机器人系统N关节机械臂数学模型，构建无模型控制框架并定义齿轮巡检机器人系统N关节机械臂跟踪误差方程；利用非线性扩展状态观测器，实现对齿轮巡检机器人系统不确定性参数和未知外扰进行实时观测补偿；以齿轮巡检机器人系统N关节机械臂跟踪误差方程为基础，结合齿轮巡检机器人系统N关节机械臂跟踪误差比例项、跟踪误差分数阶积分项、跟踪误差初始项，构建分数阶全局滑模面；采用超螺旋趋近律，设计齿轮巡检机器人系统N关节机械臂分数阶全局滑模非线性扩展状态控制器；验证了齿轮巡检机器人系统N关节机械臂为目标的轨迹跟踪试验。

主权项：1.一种齿轮巡检分数阶全局滑模非线性扩展状态控制方法，其特征在于：包括如下步骤：S1，基于齿轮巡检机器人系统N关节机械臂数学模型，构建无模型控制框架并定义齿轮巡检机器人系统N关节机械臂跟踪误差方程；步骤S1中，所述的齿轮巡检机器人系统N关节机械臂数学模型： 其中，等式左边分别为：齿轮巡检机器人系统N关节机械臂惯性力项齿轮巡检机器人系统N关节机械臂离心力和哥氏力项齿轮巡检机器人系统N关节机械臂重力项Gqt∈Rn×1、齿轮巡检机器人系统N关节机械臂摩擦力项外扰项τdt∈Rn×1；Mqt∈Rn×n为齿轮巡检机器人系统N关节机械臂惯性矩阵，为齿轮巡检机器人系统N关节机械臂离心力和哥氏力矩阵；等式右边为齿轮巡检机器人系统N关节机械臂控制力项τt∈Rn×1；基于所述的齿轮巡检机器人系统N关节机械臂数学模型，构建无模型控制框架： 其中，mqt∈Rn×n为齿轮巡检机器人系统N关节机械臂无模型框架控制器无物理意义调参增益矩阵，dt∈Rn×1为齿轮巡检机器人系统不确定性参数和未知外扰，定义如下： 定义所述的齿轮巡检机器人系统N关节机械臂的跟踪误差为：et＝q*t-qt其中，q*t是所述的齿轮巡检机器人系统N关节机械臂的目标轨迹，qt是所述的齿轮巡检机器人系统N关节机械臂的实际轨迹，et是所述的齿轮巡检机器人系统N关节机械臂的跟踪误差；将所述的齿轮巡检机器人系统N关节机械臂的跟踪误差取二阶微分得： 其中，是et的二阶微分；是q*t的二阶微分；是qt的二阶微分；定义齿轮巡检机器人系统N关节机械臂跟踪误差方程： S2，利用非线性扩展状态观测器，实现对齿轮巡检机器人系统不确定性参数和未知外扰进行实时观测补偿；步骤S2中，定义所述的非线性扩展状态观测器： 其中，zt是所述的齿轮巡检机器人系统N关节机械臂实际轨迹的估计值，gt＝zt-qt是zt的观测误差，是齿轮巡检机器人系统不确定性参数和未知外扰的估计值，β1，β2，a是调参增益，S3，以齿轮巡检机器人系统N关节机械臂跟踪误差方程为基础，结合齿轮巡检机器人系统N关节机械臂跟踪误差比例项、齿轮巡检机器人系统N关节机械臂跟踪误差分数阶积分项、齿轮巡检机器人系统N关节机械臂跟踪误差初始项，构建分数阶全局滑模面；S4，采用超螺旋趋近律，设计齿轮巡检机器人系统N关节机械臂分数阶全局滑模非线性扩展状态控制器τt；步骤S4中，基于所述的非线性扩展状态观测器、所述的分数阶全局滑模面、所述的超螺旋趋近律，由无模型控制框架设计齿轮巡检机器人系统N关节机械臂分数阶全局滑模非线性扩展状态控制τt： 其中，kgfp是比例系数，st＝[s1ts2t...snt]T，s1t，s2t，...，snt是分数阶全局滑模面子滑模面，为分数阶全局滑模面取一阶微分，b为调参增益，kgfi是积分系数，Dβ是分数阶积分，β是分数阶积分阶数。

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