一种基于扰动上界估计的电动转台俯仰位置跟踪控制方法技术

本发明专利技术提供一种基于扰动上界估计的电动转台俯仰位置跟踪控制方法，包括以下步骤：步骤1，建立系统数学模型；步骤2，设计基于扰动上界估计的跟踪控制方法；步骤3，设计系统参数，满足系统跟踪误差最小。本发明专利技术选用转台伺服系统俯仰框架作为研究对象，同时考虑了系统参数不确定性和不确定非线性，设计了优良的转台俯仰位置跟踪控制器，能较好的估计系统参数并收敛，且较好地估计了不确定非线性的最大上界。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供，包括以下步骤：步骤1，建立系统数学模型；步骤2，设计基于扰动上界估计的跟踪控制方法；步骤3，设计系统参数，满足系统跟踪误差最小。本专利技术选用转台伺服系统俯仰框架作为研究对象，同时考虑了系统参数不确定性和不确定非线性，设计了优良的转台俯仰位置跟踪控制器，能较好的估计系统参数并收敛，且较好地估计了不确定非线性的最大上界。【专利说明】
本专利技术涉及一种控制方法，特别是一种基于扰动上界估计的电动转台俯仰位置跟 踪控制方法。
技术介绍
转台是半实物仿真系统的的重要组成，是检测和评价惯性导航与机载光电制导系 统性能的重要测试设备，通过对转台的俯仰、方位和滚转三个框架的操控能够模拟飞行器 运动的转角、角速度和角加速度等动态参数，因此转台的伺服跟踪性能对相关国防领域的 发展至关重要。然而转台中广泛存在诸多模型不确定性，以俯仰框架为例，其在工作中的不 确定性包括参数不确定性（如负载力、随温度及磨损变化的摩擦特性参数等）和不确定非 线性（如未建模外干扰、框架间力矩等），这些都给转台位置跟踪控制器的设计增加了很大 的难度。 针对参数不确定性和系统模型中的可参数化部分，自适应控制是目前主要的应对 方法，其可以有效的估计参数化不确定性，并实现一定的模型补偿，然而对于不可参数化部 分，自适应控制无能为力，并且对于存在较强外干扰的场合，自适应控制常常面临发散的危 险，这也限制了单一的自适应控制在高精度运动控制场合的实用性；对于不确定非线性，滑 膜控制目前应用较多，对于存在有界干扰的系统其可以实现渐进的跟踪控制，然而滑膜控 制器中不连续符号函数所带来的颤振现象，易导致系统控制性能的衰减，且滑模控制常常 以高增益反馈为代价，极易激发系统的高频未建模动态，造成系统失稳；此外神经网络控制 也是处理系统不确定非线性的不错手段，然而神经网络的计算量较大，与转台的高响应速 度特性存在冲突，导致其在实际工程的应用出现瓶颈。 总的来说，现有转台控制技术的不足之处主要有以下几点：（1)对于系统的参数 变化关注较少。在不同工况和环境温度下，转台的系统参数，例如惯性负载力、电压力矩常 数、摩擦特性参数等都存在一定的摄动，特别是摩擦特性参数，对温度变化较敏感，倘若在 控制器的设计中忽略这些参数摄动，必然降低所设计控制器的最终控制效果；（2)假设不 确定非线性上界已知过于牵强。转台在工作中的不确定非线性成分较复杂，包括不同框架 间的耦合力矩、未建模外干扰、死区特性等。在诸多不确定非线性耦合作用下，其上界常常 较难以获取，这显然使得控制器设计中的假设存在一定的不合理。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的问题，本专利技术提供一种充分考虑系统参数变化以及不确 定非线性上界的电动转台俯仰位置跟踪控制方法。 ，包括以下步骤： 步骤1，建立系统数学模型，如公式（1)、（2): Jv = knii - Bv ~ Tq + Δ (1) Tg= Glsin (y) (2) 公式⑴中U为控制输入，J为惯性负载，ku为电压力矩常数，Λ为未建模干扰项， y、j和^分别为系统位置、速度和加速度信号，B为粘性摩擦系数，Te为转台俯仰运动中作 用于电机轴的重力矩； 公式⑵中Tc是重力G、力臂1和速度j的正弦的乘积； 定义状态变量χ = =T,则动力学方程转化为： X = Λ% 八 ~ (3) ^1X2 -U-G2X2 -θφSin(X1) + d 公式（3)中 Θ 1= J/ku，Θ 2= B/ku, β = Gl/J, d = A/ku。 步骤2,设计基于扰动上界估计的跟踪控制方法： 步骤2. 1，定义跟踪误差zJP z 2 Z1=X1-Xld Z2= X2-X2eq 其中，xld为系统跟踪的位置指令，z i为系统跟踪误差，z 2为系统跟辅助误差量，X2eq 为辅助信号量，4?/ 4 - &ιζι 步骤2. 2,确定实际控制器输入u 【权利要求】1. ，其特征在于，包括以下 步骤： 步骤1，建立系统数学模型； 步骤2,设计基于扰动上界估计的跟踪控制方法； 步骤3,设计系统参数，满足系统跟踪误差最小。2. 根据权利要求1所述的基于扰动上界估计的电动转台俯仰位置跟踪控制方法，其特 征在于，步骤1中根据牛顿第二定律，建立系统数学模型，具体过程为： 建立动力学方程为Tg=Glsin(y) (2) 公式（1)中u为控制输入，J为惯性负载，ku为电压力矩常数，△为未建模干扰项，y、 夕和夕分别为系统位置、速度和加速度信号，B为粘性摩擦系数，Te为转台俯仰运动中作用 于电机轴的重力矩； 公式⑵中Te是重力G、力臂1和速度j的正弦的乘积； 定义状态变量x= =T，则动力学方程转化为：公式（3)中Θ1=J/ku，Θ2=B/ku，β=Gl/J，d=A/ku。3. 根据权利要求1所述的基于扰动上界估计的电动转台俯仰位置跟踪控制方法，其特 征在于，步骤2的具体过程为： 步骤2. 1，定乂跟踪误差zjRz2 Zi= XI-Xid Z2 - X 2_X2eq 其中，Xid为系统跟踪的位置指令，zi为系统跟踪误差，Z2S系统跟辅助误差量，X2rai为 辅助信号量，- ^l2I; 步骤2. 2,确定实际控制器输入u公式（7)中113表示模型补偿控制器，u3表示鲁棒控制器，包括鲁棒反馈项Usl和干扰补 偿项us2,6= 4,4表示系统各未知参数估计值，g表示参数自适应律，Γ表示自适应回 归参数矩阵，沪表示参数回归器，D为干扰上界，6表示干扰d上界 的估计值，^表示干扰上界估计律，σι=Τ，σ 11、σ 12、y、σ 2、k2、τ均为正的可设 计反馈增益； 击骤2. 3,宙^李取普诺去函教公式（8)中，#为Θ的估计误差，乃为D的估计误差。4.根据权利要求1所述的基于扰动上界估计的电动转台位置跟踪控制方法，其特征在 于，步骤3中对参数ση、σ12、γ、σ2、1^、1^2、τ进行设计，满足跟踪误差Z1最小。【文档编号】G05D3/12GK104460704SQ201410778957【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月15日 优先权日:2014年12月15日 【专利技术者】胡健, 姚建勇, 董振乐, 马大为 申请人:南京理工大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于扰动上界估计的电动转台俯仰位置跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立系统数学模型；步骤2，设计基于扰动上界估计的跟踪控制方法；步骤3，设计系统参数，满足系统跟踪误差最小。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡健，姚建勇，董振乐，马大为，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32