基于预设回声状态网络的机电伺服系统受限控制方法技术方案

一种基于预设回声状态网络的机电伺服系统受限控制方法，包括：建立机电伺服系统的动态模型，初始化系统状态、采样时间以及控制参数；根据微分中值定理，将系统中的非线性输入饱和受限线性化处理，推导出带有未知饱和的机电伺服系统模型；基于预设回声状态网络控制方法，计算控制系统跟踪误差，滑模面，并根据预设性能函数转换跟踪误差，得到新的误差变量用以设计虚拟控制量；将虚拟控制量通过高阶微分器，并设计控制输入。本发明专利技术提供一种能够有效补偿输入、输出受限，提高神经网络逼近性能的高阶动态面滑模控制方法，实现系统的稳定快速跟踪，保证具有良好的暂态稳态性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机电伺服系统的控制方法，涉及一种基于预设回声状态网络的机电伺服系统受限控制方法，特别是带有输入受限和输出受限的机电伺服系统的控制方法。
技术介绍
随着电力电子技术、计算机科学、现代控制理论、材料技术的快速发展以及电机制造工艺水平的逐步提高，在精密数控机床、工业机器人、电子加工和检测设备、激光加工设备、印刷机械、包装机械、服装加工机械、生产自动化等工业控制领域，非线性机电伺服系统得到了广泛应用。非线性机电伺服系统是以位移、角度、力、转矩、速度和加速度等机械参数为控制对象的自动控制系统。然而，受限环节，包括输入受限和输出受限，广泛存在于机电伺服系统中，往往会导致控制系统的暂态稳态性能下降，甚至是失稳。因此，在控制器设计过程中，必须考虑受限环节带来的负面影响并补偿，如何实现机电伺服系统的快速精确控制已经成为了一个热点问题。预设性能控制方法在输出受限系统中应用较为广泛。在控制过程中，提出了一个描述收敛速率，最大超调以及稳态误差的预设性能函数，并被用来转换输出误差。该方法的技本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于预设回声状态网络的机电伺服系统受限控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，建立机电伺服系统的动态模型，过程如下：1.1 机电伺服系统的动态模型表达形式为mx··+f(x‾,t)+d(x‾,t)=k0v(u)---(1)]]>其中，x是位置；m是惯量；k0是力常数；是状态变量；是摩擦力；是建模所产生的一个有界干扰，来源于耦合特性、测量噪声、电子干扰以及其他不确定因素；u是电机的控制输入电压；v(u)为饱和，表示为：v(u)=sat(u)=vmaxsgn(u),|u|≥vmaxu,|u|&...

【技术特征摘要】
1.一种基于预设回声状态网络的机电伺服系统受限控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，建立机电伺服系统的动态模型，过程如下：
1.1机电伺服系统的动态模型表达形式为
m x ·· + f ( x ‾ , t ) + d ( x ‾ , t ) = k 0 v ( u ) - - - ( 1 ) ]]>其中，x是位置；m是惯量；k0是力常数；是状态变量；是摩擦力；是建模所产生的一个有界干扰，来源于耦合特性、测量噪声、电子干扰以及其他不确定因素；
u是电机的控制输入电压；v(u)为饱和，表示为：
v ( u ) = s a t ( u ) = v m a x sgn ( u ) , | u | ≥ v m a x u , | u | ≤ v m a x - - - ( 2 ) ]]>其中sgn(u)，为未知非线性函数；vmax为未知饱和参数，满足vmax＞0；
1.2定义x1＝x，式(1)改写为
x · 1 = x 2 x · 2 = - f ( x ‾ , t ) + d ( x ‾ , t ) m + k 0 m v ( u ) y = x 1 - - - ( 3 ) ]]>其中，y为系统输出轨迹；
步骤2，根据微分中值定理，将系统中的非线性输入饱和进行线性化处理，推导出带有
未知饱和的机电伺服系统模型，包括如下过程；
2.1对饱和模型进行光滑处理
g ( u ) = v max × tanh ( u v max ) = v max × e u / v max - e - u / v max e u / v max + e - u / v max - - - ( 4 ) ]]>则
v(u)＝sat(u)＝g(u)+dsat(u)(5)
其中，dsat(u)表示光滑函数与饱和模型之间存在的误差；
2.2根据微分中值定理，存在δ∈(0,1)使
g(u)＝g(u0)+guξ(u-u0)(6)
其中uξ＝ξu+(1-ξ)u0，u0∈(0,u)；
选择u0＝0，将式(6)改写为
g ( u ) = g u ξ u - - - ( 7 ) ]]>2.3由式(5)和式(7)，将式(3)改写为以下等效形式：
x · 1 = x 2 x · 2 = a ( x ‾ ) + b ( x ‾ ) u y = x 1 - - - ( 8 ) ]]>其中步骤3，计算控制系统跟踪误差，滑模面及转换误差，过程如下：
3.1定义控制系统的跟踪误差，滑模面为
e = y - y d s 1 = e + λ ∫ e d t - - - ( 9 ) ]]>其中，yd为二阶可导期望轨迹，λ为常数，且λ＞0；
3.2根据滑模面获得新的转换误差ε1；
ϵ 1 = 1 2 ln α ‾ ( t ) + S ( ϵ 1 ) α ‾ ( t ) - S ( ϵ 1 ) = T 1 ( s 1 ( t ) ρ 1 ( t ) , α ‾ ( t ) , α ‾ ( t ) ) - - - ( 10 ) ]]>其中ρ1(t)的表达式为
ρ1(t)＝(ρ0-ρ∞)e-lt+ρ∞(11)
参数ρ0＞ρ∞＞0且l＞0；和α(t)的导数表达式为
参数的大小及初始需要设计；函数S(·)表达式为
S ( ϵ ) = α ‾ ( t ) exp ( ϵ ) - α ‾ ( t ) exp ( - ϵ ) exp ( ϵ ) + exp ( - ϵ ) - - - ( 13 ) ]]>其中，ε为转换误差变量；
3.3对式(10)求导得：
ϵ · 1 = r 1 ( ...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈强，施琳琳，陶亮，郭一军，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33