一种基于广义终端滑模的电动舵机设计方法技术

本发明专利技术是关于一种通过测量舵机舵偏角与舵偏角速度形成广义终端滑模并采用自适应补偿的方法实现电动舵机快速控制的方法。其首先对舵偏角误差信号以及舵偏角速度信号，进行广义终端超前校正与终端混合微分滤波，然后对舵偏角误差以及舵偏角速度进行广义终端变换而组成广义终端滑模，然后从角度、角速度、角速度超前校正滤波、角速度终端混合微分的四个方面设计自适应规律，然后进行干扰估计补偿，最终叠加滑模信号以及广义终端超前校正信号与终端混合微分滤波信号，实现舵机的广义终端滑模控制，其主要优点是舵机控制的快速性较好。其主要优点是舵机控制的快速性较好。其主要优点是舵机控制的快速性较好。

【技术实现步骤摘要】
一种基于广义终端滑模的电动舵机设计方法


[0001]本专利技术涉及工业电动舵机快速控制领域，具体而言，涉及一种基于广义终端滑模的电动舵机设计方法。

技术介绍

[0002]舵机系统通过控制和操纵舵叶偏转保证飞行器和船舶按照人给定的运行轨迹前进，它是飞行器和船舶的重要机械设备，其操作性和可靠性一直是研究的热点。随着电动舵机相关技术的成熟，其在航空航天领域内的应用从导弹、一般性能飞机到高机动性能飞机，从飞机的辅助飞控面到主飞控面，这些应用对象和位置的转变都体现了伺服电机、机械传动机构和驱动控制技术等的进步。滑模控制具有鲁棒性强，系统响应速度快的优点。而终端滑模则具有有限时间收敛的特点，使得舵机误差能够在设定的时间内进行收敛；而广义终端滑模则是在滑模面里面灵活的引入了正定的非线性函数，既能保证系统的稳定性，又能保证系统的有限时间收敛的快速性。基于上述背景原因，本专利技术提出了一类采用广义终端滑模的电动舵机设计方法，利用终端滑模的快速性特点，提高电动舵机系统的响应速度。
[0003]需要说明的是，在上述
技术介绍
部分专利技术的信息仅用于加强对本专利技术的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于广义终端滑模的电动舵机设计方法，进而克服了由于相关技术缺陷导致的舵机快速性不足的问题。
[0005]根据本专利技术的一个方面，提供一种基于广义终端滑模的电动舵机设计方法动，包括以下五个步骤：
[0006]步骤S10，采用角度传感器测量电动舵机的舵偏角，记作δ；采用速度传感器，测量电动舵机的舵偏角速度，记作ω。
[0007]步骤S20，根据所述的电动舵机的舵偏角信号与电动舵机的输入指令信号进行对比，得到电动舵机的舵偏角误差信号；根据所述的舵偏角误差信号设计指数型广义终端超前校正滤波器，得到舵偏角误差广义终端超前滤波信号；再根据所述的舵偏角误差信号设计终端混合微分滤波器，得到设计舵偏角误差终端混合微分滤波信号。
[0008]步骤S30，根据所示的舵偏角误差信号，首先进行指数型广义终端非线性变换，得到舵偏角误差广义终端信号；然后根据所述的舵偏角速度信号，进行然后进行分数阶广义终端非线性变换；得到舵偏角速度分数型广义终端信号；再根据所述的舵偏角速度信号，进行指数型非线性变换，得到舵偏角速度指数非线性信号；最后汇总舵偏角误差信号组成舵偏角误差广义终端滑模信号。
[0009]步骤S40，根据所述的舵偏角误差广义终端滑模信号，设计舵偏角误差广义终端超前滤波干扰参数自适应估计规律，并通过积分得到舵偏角误差广义终端超前滤波干扰参数；再采用参数自适应方法设计舵偏角误差信号终端混合微分滤波干扰参数自适应规律，
并通过积分得到舵偏角误差信号终端混合微分滤波干扰参数；再采用参数自适应方法设计舵偏角速度干扰参数自适应估计规律，通过积分得到舵偏角速度干扰参数信号；最后采用参数自适应方法设计舵偏角误差干扰参数自适应规律，通过积分得到舵偏角误差干扰参数信号。
[0010]步骤S50，根据所述的舵偏角误差广义终端超前滤波干扰参数、舵偏角误差信号终端混合微分滤波干扰参数；舵偏角速度干扰参数、舵偏角误差干扰参数进行叠加得到干扰自适应估计总信号；对所述的舵偏角误差广义终端滑模信号进行指数饱和变换，得到舵机广义终端滑模指数饱和信号；再叠加舵偏角误差广义终端滑模信号进行积分，得到舵机广义终端滑模积分信号；最后叠加干扰自适应估计总信号、舵机广义终端滑模指数饱和信号、舵偏角误差广义终端超前滤波信号、舵偏角误差终端混合微分滤波信号进行线性组合，得到舵机总控制信号，实现工业电动舵机的快速控制。
[0011]在本专利技术的一种示例实施例中，根据所述的电动舵机的舵偏角信号与电动舵机的输入指令信号进行对比，得到电动舵机的舵偏角误差信号；根据所述的舵偏角误差信号设计指数型广义终端超前校正滤波器，得到舵偏角误差广义终端超前滤波信号；再根据所述的舵偏角误差信号设计终端混合微分滤波器，得到设计舵偏角误差终端混合微分滤波信号包括：
[0012]e＝δ
‑
δ
d
；
[0013][0014][0015][0016][0017][0018]其中δ
d
为电动舵机的输入指令信号，e为电动舵机的舵偏角误差信号；e2为舵偏角误差差分信号；ω
1a
为舵偏角误差广义终端超前信号；ω1为舵偏角误差广义终端超前滤波信号；ω
2a
为舵偏角误差终端混合微分信号；ω2为舵偏角误差终端混合微分滤波信号；a1，a2，a3，a4为常值参数，T常为值时间间隔参数。
[0019]在本专利技术的一种示例实施例中，根据所示的舵偏角误差信号，首先进行指数型广义终端非线性变换，得到舵偏角误差广义终端信号；然后根据所述的舵偏角速度信号，进行然后进行分数阶广义终端非线性变换；得到舵偏角速度分数型广义终端信号；再根据所述的舵偏角速度信号，进行指数型非线性变换，得到舵偏角速度指数非线性信号；最后汇总舵偏角误差信号组成舵偏角误差广义终端滑模信号包括：
[0020][0021][0022][0023]s＝k1e+k2s
a
+k3s
b
+k4s
c
；
[0024]其中s
a
为舵偏角误差广义终端信号；s
b
为舵偏角速度分数型广义终端信号；s
c
为舵偏角速度指数非线性信号；s为舵偏角误差广义终端滑模信号；其中k1、k2、k3、k4为常值控制参数。
[0025]在本专利技术的一种示例实施例中，根据所述的舵偏角误差广义终端滑模信号，设计舵偏角误差广义终端超前滤波干扰参数自适应估计规律，并通过积分得到舵偏角误差广义终端超前滤波干扰参数；再采用参数自适应方法设计舵偏角误差信号终端混合微分滤波干扰参数自适应规律，并通过积分得到舵偏角误差信号终端混合微分滤波干扰参数；再采用参数自适应方法设计舵偏角速度干扰参数自适应估计规律，通过积分得到舵偏角速度干扰参数信号；最后采用参数自适应方法设计舵偏角误差干扰参数自适应规律，通过积分得到舵偏角误差干扰参数信号包括：
[0026][0027][0028][0029][0030][0031][0032][0033][0034]其中a
11
为舵偏角误差广义终端超前滤波干扰参数自适应估计规律；为舵偏角误差广义终端超前滤波干扰参数；a
21
为舵偏角误差信号终端混合微分滤波干扰参数自适应规律；为舵偏角误差信号终端混合微分滤波干扰参数；a
31
为舵偏角速度干扰参数自适应估计规律；为舵偏角速度干扰参数；a
41
为舵偏角误差干扰参数自适应规律；为舵偏角误差干扰参数；k
a1
、k
a2
、k
a3
、k
a4
为常值参数，用于调节自适应规律与干扰参数收敛速度的快慢。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于参数自适应的工业电动舵机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S10，采用角度传感器测量电动舵机的舵偏角，记作δ；采用速度传感器，测量电动舵机的舵偏角速度，记作ω。步骤S20，根据所述的电动舵机的舵偏角信号与电动舵机的输入指令信号进行对比，得到电动舵机的舵偏角误差信号；根据所述的舵偏角误差信号设计指数型广义终端超前校正滤波器，得到舵偏角误差广义终端超前滤波信号；再根据所述的舵偏角误差信号设计终端混合微分滤波器，得到设计舵偏角误差终端混合微分滤波信号如下：e＝δ
‑
δ
d
；；；；；其中δ
d
为电动舵机的输入指令信号，e为电动舵机的舵偏角误差信号；e2为舵偏角误差差分信号；ω
1a
为舵偏角误差广义终端超前信号；ω1为舵偏角误差广义终端超前滤波信号；ω
2a
为舵偏角误差终端混合微分信号；ω2为舵偏角误差终端混合微分滤波信号；a1，a2，a3，a4为常值参数，T常为值时间间隔参数。步骤S30，根据所示的舵偏角误差信号，首先进行指数型广义终端非线性变换，得到舵偏角误差广义终端信号；然后根据所述的舵偏角速度信号，进行然后进行分数阶广义终端非线性变换；得到舵偏角速度分数型广义终端信号；再根据所述的舵偏角速度信号，进行指数型非线性变换，得到舵偏角速度指数非线性信号；最后汇总舵偏角误差信号组成舵偏角误差广义终端滑模信号如下：误差广义终端滑模信号如下：误差广义终端滑模信号如下：s＝k1e+k2s
a
+k3s
b
+k4s
c
；其中s
a
为舵偏角误差广义终端信号；s
b
为舵偏角速度分数型广义终端信号；s
c
为舵偏角速度指数非线性信号；s为舵偏角误差广义终端滑模信号；其中k1、k2、k3、k4为常值控制参数。步骤S40，根据所述的舵偏角误差广义终端滑模信号，设计舵偏角误差广义终端超前滤
波干扰参数自适应估计规律，并通过积分得到舵偏角误差广义终端超前滤波干扰参数；再采...

【专利技术属性】
技术研发人员：安连友，王保录，孙俊峰，马鑫源，崔昺祎，
申请(专利权)人：郑州蒂德科技有限公司，
类型：发明
国别省市：