【技术实现步骤摘要】
基于扩张状态观测器的鲁棒自适应输出反馈控制方法
[0001]本专利技术属于机电伺服控制
，具体涉及基于扩张状态观测器的鲁棒自适应输出反馈控制方法。
技术介绍
[0002]直流电机具有响应速度快、传动效率高以及易于维护等特点，在工业中得到了广泛的应用，科技的快速发展，工业领域对现代直流电机的高精度运动的要求成为了现代的发展趋势。机电伺服系统中，由于存在非线性、参数不确定性、外部干扰和模型不确定性的存在，尤其是诸多不确定非线性特性，会严重影响着系统的控制性能。在机电伺服系统中其中以死区非线性最为常见，而死区非线性的存在往往会大大降低系统控制精度，甚至导致系统不稳定，因此，为了有效的解决这个问题，必须同时考虑死区非线性和外部扰动，只有最大限度地减小它们的影响，才能有效提高机电伺服系统的跟踪精度。但是在实际中不同的机电伺服系统的精确模型往往很难得到，非线性也会随着系统不同而不同，因而设计高性能控制器异常困难。
[0003]针对机电伺服系统的死区问题，许多方法相继被提出。总的来说主要有两类方法：直接分解法和死区逆补偿法，...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于扩张状态观测器的鲁棒自适应输出反馈控制方法，其特征在于，方法步骤如下：步骤1、建立包含死区与扰动的机电伺服系统模型，转入步骤2；步骤2、根据机电伺服系统模型，设计鲁棒自适应控制器u
d1
以及基于扩张状态观测器的鲁棒自适应输出反馈控制器u
d
，转入步骤3；步骤3、运用李雅普诺夫稳定性理论，对所设计的鲁棒自适应控制器u
d1
以及基于扩张状态观测器的鲁棒自适应输出反馈控制器u
d
进行稳定性证明。2.根据权利要求1所述的基于扩张状态观测器的鲁棒自适应输出反馈控制方法，其特征在于：步骤1、建立机电伺服系统模型，考虑机电伺服系统输入死区非线性，根据牛顿第二定律，惯性负载的动力学方程如下：其中，J为系统负载折算到电机端的转动惯量，y为电机的位置，为电机的转速，为电机的转动加速度，k
u
为电压力矩系数，B为系统折算到电机端的粘性阻尼系数，d
n
为常值干扰，f为未建模干扰；v为死区非线性的控制输入量，代表实际控制量；u(v)为经死区非线性作用后输入到动力学方程的控制量；死区的非线性模型描述为：令u(v)＝B(v)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中，B(
·
)表示死区之间的映射关系，其中右斜率m
r
＞0，右零点b
r
＞0，左斜率m
l
＞0，左零点b
l
＞0，|b
r
≠b
l
|，m
r
≠m
l
，t表示时间；考虑到式(2)不连续且不光滑，采用死区逆补偿法来补偿死区效应，为了设计光滑连续的控制量，方便控制器的执行，建立了一个近似的光滑死区逆模型如下：式(4)中，BI(
·
)表示真实参数死区逆之间的映射关系，真值死区逆右光滑函数X
r
(u(v))和真值死区逆左光滑函数X
l
(u(v))，定义为：式(5)中，光滑调整系数k＞0；为设计自适应控制器，根据式(2)将死区的非线性模型重写，新的死区的非线性模型u(t)，为：u(t)＝
‑
θ
T
ω
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)在式(6)中，死区参数矩阵θ和死区变量矩阵ω定义为：θ＝[m
r
,m
r
b
r
,m
l
,m
l
b
l
]
T
，ω＝[
‑
a
r
(t)v(t),a
r
(t),
‑
a
l
(t)v(t),a
l
(t)]
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
在式(7)中，通过相应的估计值求解v(t)：在式(8)中m
r
、m
l
、b
r
、b
l
分别对应为m
r
、m
l
、b
r
、b
l
的估计值，BI(
·
)估计参数死区逆之间的映射关系，X
r
(u
d
(t))表示估计值死区逆右光滑函数，X
l
(u
d
(t))表示估计值死区逆左光滑函数，u
d
(t)为基于扩张状态观测器的鲁棒自适应输出反馈控制器的输入控制量，代表虚拟控制输入；设计θ是θ的估计值，ω为ω对应的估计值，具体的表达式为：θ＝[m
r
,m
r
b
r
,m
l
,m
l
b
l
]
T
，ω＝[
‑
X
r
(v)v(t),X
r
(v),
‑
X
l
(v)v(t),X
l
(v)]
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)其中，X
r
(v)表示死区右光滑函数，X
l
(v)表示死区左光滑函数；根据上述的结果，设计u
d
为：u
d
＝
‑
θ*ω
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)设计虚拟控制输入u
d
，通过式(8)计算的得到v(t)，由于死区的逆变换以及死区参数的估计，因此存在设计的虚拟控制输入u
d
与经死区非线性作用后输入到动力学方程的控制量u存在误差，因此，执行器的输入误差表示为：u
‑
u
d
＝(θ
‑
θ)
T
...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。