转台变负载情况下的自适应控制方法技术

本发明专利技术提出了转台变负载情况下的自适应控制方法，所述方法使用时域数据曲线进行递归最小二乘辨识的方法，减少了数据的需要，并增加了根据辨识结果变更控制器参数，在辨识时，将已有的参数作为已知条件给出，使转台在工作时，即使使用不同的负载也能得到变化较小，效果较好的性能指标；使用闭环方式进行辨识，可以让转台转角更小以适应限位需求；在低频时，可以更好的拟合实际转台输出，实际误差更小；且其他频率最终达到的辨识效果与已有方法相近；在自校正控制时，相比固定参数的控制器，也达到了很好的频响指标，使变负载前后的指标更加接近。

【技术实现步骤摘要】
转台变负载情况下的自适应控制方法
本专利技术属于机电系统控制器设计领域，具体地，涉及转台变负载情况下的自适应控制方法。
技术介绍
在现代飞行控制、导航制导、目标探测与跟踪等众多任务荷载系统的研制、生产过程中，地面仿真测试是必不可少的。而在飞行器半实物仿真和测试中，飞行仿真转台是常用的硬件设备之一，它能够真实地复现飞行器在空中飞行时的各种姿态运动和其运动学特性，提供精确的运动测试基准。作为整个飞行仿真或测试系统中的一个组成部分，它为飞行器提供了模拟的飞行环境，因此其性能的优劣，直接关系到整个仿真系统性能的优劣。然而转台的动态性能对其参数变化较为敏感，如系统的结构尺寸或负载变化会导致被控对象数学模型发生变化。工程上常用的转台数学模型参数的确定方法为利用频域的Bode图测定法，其主要思想是：给伺服系统加入正弦输入激励信号，则系统的输出响应也是同一频率的正弦信号，通过改变输入信号的频率，对输入的信号和输出端信号进行FFT数据处理，从而可获得被测系统或对象的频率特性。但是由于环境条件的变化、框架之间的力矩耦合以及其它干扰因素的存在等，模型参数在正常运行期间可能改变。且转台使用时往往会安装不同惯量的负载，也会使模型参数发生变化。为使系统在负载变化或存在其它干扰影响的条件下仍能够稳定且满足指标要求，需要根据转台的变化修改控制器。修改控制器的主要思路是重新得到模型参数再进行控制器设计。目前得到模型参数的方法是通过开环输入不同频率的正弦信号得到频率特性再进行模型拟合的方式，得到扫频数据较慢而且需要离线拟合处理，步骤繁琐，此外，开环时转台转角较大，在有些转角有限的转台上使用会受到限制。
技术实现思路
本专利技术提出了转台变负载情况下的自适应控制方法，使用递归最小二乘方法，设计了需要数据更少的辨识算法，并增加了根据辨识结果变更控制器参数的方法，使转台在工作时，即使使用不同的负载也能得到变化较小，效果较好的性能指标。本专利技术是通过以下方案实现的：转台变负载情况下的自适应控制方法，所述方法包括以下步骤：步骤一：给定转台电机模型，输入为DA值U(s)，输出为角速度ω(s)，电机的传递函数G0(s)如下：其中K为增益，τm为机械时间常数，τe为电气时间常数，s为求传递函数时使用的拉氏变换中的复数变量；得到递归最小二乘算法的标准形式，作为后续控制器参数校正的基础；步骤二：根据实际转台的转角限定范围以及固定参数的初始控制器性能，给定符合要求的幅值和信号形式的闭环指令；所述信号形式为正弦信号或斜坡信号；存储步骤二得到的DA数据以及输出的位置或速度数据；步骤三：根据步骤二给出的指令，初步给定一个符合步骤二中要求的新闭环指令，所述新闭环指令的信号形式和步骤二中的闭环指令相同，幅值接近；保证输入的DA信号与步骤二中一致，存储新步骤三得到的新DA数据以及新输出的位置或新速度数据；步骤四：根据实际可测的输入输出数据，使用渐消记忆的递归最小二乘法辨识模型参数,其中遗忘因子取λ＝0.999，递归最小二乘法表示为如下公式：其中y和为根据实际得到的输入输出数据构成的向量，θ为待辨识的参数向量，为θ的估计值，Q为构造出的增益向量，R为协方差矩阵，i为变量序号；通过迭代，递归最小二乘法可以对性能指标进行最小化：其中，J为性能指标，函数L为数据总个数；从而令达到求得θ的估计值的目的；步骤五：采用多点差分的方法得到速度数据，求角速度所用差分公式为：其中，P为位置信号，T为采样时间，i，j均为变量序号；步骤六：利用步骤二、步骤三得到的电机输出数据进行多点差分处理，由得到的速度数据以及原有的DA数据进行低通滤波处理进一步降低噪声影响；步骤七：根据处理后的两组DA值和角速度数据进行步骤四中的递推最小二乘辨识，得到两组增益K和机械时间常数τm并存储下来；计算两组辨识结果置信度，并将置信度作为辨识结果是否可信的判断依据；步骤八：设定在控制器中，G1为指令预处理环节，G2为前馈环节，C为校正环节，G为被控对象，则闭环传递函数为：其中，P(s)为输出的位置信号，r(s)为指令信号；参数变化后传递函数变为：其中，为参数变化后的被控对象；根据现有控制器形式设计自校正环节，使参数变化后的传递函数在经过校正后等价于原传递函数；步骤九：在根据步骤七中的辨识结果和步骤八中的自校正环节形式设计自校正环节后，使用双线性变换法将得到的自校正环节离散化，得到离散化的参数，加入到已有的固定参数控制器的前馈及串联校正通路中完成校正。进一步地，在步骤一中，转台负载变更时转台参数有两处发生变化，分别是增益K和机械时间常数τm,根据已知的频率特性τe得到递归最小二乘形式；根据递归最小二乘的标准格式：将电机模型整理为满足最小二乘算法的格式即：ω＝KU-(τ6ωs2+ωs)τm使用双线性变换法将之离散化得到：y＝ω(1+z-1)2θ＝[Kτm]T由此得到了步骤一中使用递归最小二乘法的标准形式。进一步地，在步骤三中，所述给定的闭环指令是根据步骤二中的DA值和步骤七中的辨识结果以及已知的控制器及电机参数反算得到的；在控制器、电机参数不可知或不准确时，根据负载变化情况采取递增或递减幅值的指令，迭代得到新的闭环指令，所述新的闭环指令产生DA值与步骤二中DA值接近。进一步地，在步骤六中，进行数据处理时，如果摩擦力矩影响大，通过将摩擦力矩反算到DA值上的方法进行进一步数据处理，以补偿摩擦影响；已知摩擦力矩时，将电机模型转化为单回路模型，若电机参数可知且其反电势系数所在的反馈回路幅值远小于前项通路，则按开环模型将摩擦力矩直接反算到输入端；如果反馈回路信号幅值大，则按辨识所得电机模型及电机已知的参数推算从摩擦力矩到DA输入的传递函数来获得补偿在DA处的幅值；实际摩擦模型如果未知，则由开环输入斜率小的位置斜坡指令，根据转台开始运动时的指令幅值直接确定补偿在DA值处的静摩擦系数。进一步地，在步骤七中，利用时域曲线辨识，得到以曲线形式输出的辨识结果，将辨识得到的曲线在指令平稳的时间段进行积分处理取平均值，得到两组增益K和机械时间常数τm。进一步地，在步骤七中，增加置信度计算，对辨识曲线的方差进行计算，取方差的倒数作为置信度，并将结果存储下来作为辨识结果是否可信的判断依据。进一步地，在步骤八中，在转台控制器中，控制量由串联校正环节的输出和前馈环节的输出组合而成，所以在两个通路上分别校正，设G3为自校正环节，自校正控制器形式设为：其中，K0和τ0为设计固定参数控制器时的初始增益及机械时间常数，K1和τ1为参数变化后的增益及机械时间常数，串联校正通路中加入自校正环节后综上，串联校正通路在加入自校正环节后传递函数可以与被本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.转台变负载情况下的自适应控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n步骤一：给定转台电机模型，输入为DA值U(s)，输出为角速度ω(s)，电机的传递函数G

【技术特征摘要】
1.转台变负载情况下的自适应控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一：给定转台电机模型，输入为DA值U(s)，输出为角速度ω(s)，电机的传递函数G0(s)如下：



其中K为增益，τm为机械时间常数，τe为电气时间常数，s为求传递函数时使用的拉氏变换中的复数变量；
得到递归最小二乘算法的标准形式，作为后续控制器参数校正的基础；
步骤二：根据实际转台的转角限定范围以及固定参数的初始控制器性能，给定符合要求的幅值和信号形式的闭环指令；所述信号形式为正弦信号或斜坡信号；存储步骤二得到的DA数据以及输出的位置或速度数据；
步骤三：根据步骤二给出的指令，初步给定一个符合步骤二中要求的新闭环指令，所述新闭环指令的信号形式和步骤二中的闭环指令相同，幅值接近；保证输入的DA信号与步骤二中一致，存储新步骤三得到的新DA数据以及新输出的位置或新速度数据；
步骤四：根据实际可测的输入输出数据，使用渐消记忆的递归最小二乘法辨识模型参数,其中遗忘因子取λ＝0.999，递归最小二乘法表示为如下公式：









其中y和为根据实际得到的输入输出数据构成的向量，θ为待辨识的参数向量，为θ的估计值，Q为构造出的增益向量，R为协方差矩阵，i为变量序号；
通过迭代，递归最小二乘法可以对性能指标进行最小化：



其中，J为性能指标，函数L为数据总个数；
从而令达到求得θ的估计值的目的；
步骤五：采用多点差分的方法得到速度数据，求角速度所用差分公式为：



其中，P为位置信号，T为采样时间，i，j均为变量序号；
步骤六：利用步骤二、步骤三得到的电机输出数据进行多点差分处理，由得到的速度数据以及原有的DA数据进行低通滤波处理进一步降低噪声影响；
步骤七：根据处理后的两组DA值和角速度数据进行步骤四中的递推最小二乘辨识，得到两组增益K和机械时间常数τm并存储下来；计算两组辨识结果置信度，并将置信度作为辨识结果是否可信的判断依据；
步骤八：设定在控制器中，G1为指令预处理环节，G2为前馈环节，C为校正环节，G为被控对象，则闭环传递函数为：



其中，P(s)为输出的位置信号，r(s)为指令信号；
参数变化后传递函数变为：



其中，为参数变化后的被控对象；
根据现有控制器形式设计自校正环节，使参数变化后的传递函数在经过校正后等价于原传递函数；
步骤九：在根据步骤七中的辨识结果和步骤八中的自校正环节形式设计自校正环节后，使用双线性变换法将得到的自校正环节离散化，得到离散化的参数，加入到已有的固定参数控制器的前馈及串联校正通路中完成校正。

【专利技术属性】
技术研发人员：肖扬，
申请(专利权)人：哈尔滨工大航博科技有限公司，哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23