【技术实现步骤摘要】
本申请涉及伺服控制，具体涉及一种基于误差反馈的激振器伺服控制系统设计方法。
技术介绍
1、电动式激振器是一种电-动变换器,即将电能转变为机械能,对试件提供激振力的一种装置,以其体积小、造价低、可靠性高等优点而广泛应用于科研生产中。电动式激振器主要由磁系统、可动部件(顶杆、骨架及线圈)、支承弹簧和壳体组成,可动部件借助于支承弹簧板与壳体相连,可动部件和支承弹簧构成激振器的可动系统。通常在激振设备(激振器)上进行振动试验时会碰到激振力无法实施控制的问题，即由于激振设备与被试对象所共同组成的系统的特性，包括非线性特性的影响，使得对激振系统输入了具有所希望频率特性的信号，仍然难以获得预期的激振力。因此，在进行振动试验时，为了得到希望的激振效果，必须既要考虑试验件及激振器的频率特性及模型，开展激振力反馈控制系统设计。
2、基于误差反馈的控制理论主要由pid控制理论和自抗扰控制理论，其中自抗扰控制技术己成为控制领域的研究热点，其理论分析与应用都取得了较大的发展。自抗扰控制理论的核心原理是将扩张状态观测器中对系统不确定非线性和未知外部扰动的估计值在控制信号进入被控对象前进行主动补偿，从而得到不依赖于对象模型的抗扰能力较强的控制器。自抗扰特性包含了对不确定非线性的实时估计功能和补偿功能，对不确定非线性的估计和补偿功能是自抗扰控制器本质功能。从理论上来说，凡是能运用传统控制方法的场合，就能够很方便实现自抗扰控制器，并使系统的控制性能得到本质的改善，增强系统的抗扰能力。特别是在一些恶劣环境中并要求高速高精度控制和强抗扰动性能的场合，自抗
技术实现思路
1、针对振动试验时激振器难以准确提供指定激振力信号的问题，本专利技术基于机电耦合电磁激振器模型，提出了一种基于误差反馈的激振器伺服控制系统设计方法，克服了传统方法难以准确控制激振器输出的激振力信号。
2、本申请所采用的技术方案如下：
3、一种基于误差反馈的激振器伺服控制系统设计方法，该方法包括：
4、步骤1、电磁激振器机电耦合模型建模；
5、步骤2、负载模型建模；
6、步骤3、动柔度传递函数提取；
7、步骤4、激振器伺服控制系统设计；
8、步骤5、电磁激振器闭环系统仿真。
9、进一步的，在步骤1中，建立激振器机电耦合模型，激振器机械部分数学模型表示为：
10、
11、其中，kf表示线圈通电所受安培力系数；i表示线圈通电电流；x、和分别为激振台面位移、速度和加速度信号；m、c和k分别为激振器动圈质量、阻尼和支撑刚度；f为负载模型反馈作用力信号。
12、进一步的，在步骤1中，激振器电学部分包含电阻、电感，激振器电学部分数学模型表示为：
13、
14、其中v输出表示功率放大器的输出电压；kf表示线圈的感应电动势系数；r为激振器电阻。
15、进一步的，激振器中功放的数学模型表示为：
16、v输出＝gv输入
17、其中，v输出为功放输出电压，v输入为功放的输入电压，g为功放系数。
18、进一步的，在步骤2中，负载模型采用弹簧质量块形式建立，其动力学方程表示为：
19、
20、其中xs、和分别为负载模型位移、速度和加速度信号；ms、cs和ks分别为负载模型质量、阻尼和弹簧刚度；fs为激振器作用力。
21、进一步的，在步骤3中，动柔度传递函数即为负载模型动刚度传递函数的导数，其数学模型为：
22、
23、该传递函数中参数为ms、cs和ks，可通过理论分析或试验手段获得负载模型的各项相关参数，已构造动柔度传递函数；动柔度传递函数模型的输入为激振器作用力fs，输出为受控系统输出信号y。
24、进一步的，在步骤4中，定义追踪信号误差其中r和分别为追踪参考信号和需观测的输出向量分量；线性扩张状态观测器为标准状态方程形式如下
25、
26、
27、其中
28、
29、
30、其中为需观测的状态向量，为需观测的输出向量，输入系数ωo为观测带宽，为人工指定参数。
31、进一步的，输入信号中的为
32、
33、其中ωc为控制带宽，为人工指定参数。
34、进一步的，中的为
35、
36、激振器伺服控制系统输入为追踪参考信号r和受控系统输出信号y，输出信号为激振器机电耦合模型输入电压
37、进一步的，在步骤5中，根据各模型输入和输出关系建立电磁激振器闭环系统仿真模型，人工给定追踪参考信号，给定离散时间t＝0.001s，即可在离散时域下获得电磁激振器激振力与参考信号的时域响应结果。
38、通过本申请实施例，可以获得如下技术效果：本专利技术提出的基于误差反馈的激振器伺服控制系统设计方法，能够有效降低激振器的激振力与参考信号的误差，便于采用激振器开展多种振动试验。
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1.一种基于误差反馈的激振器伺服控制系统设计方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，建立激振器机电耦合模型，激振器机械部分数学模型表示为：
3.根据权利要求1或2之一所述的方法，其特征在于，在步骤1中，激振器电学部分包含电阻、电感，激振器电学部分数学模型表示为：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，激振器中功放的数学模型表示为：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2中，负载模型采用弹簧质量块形式建立，其动力学方程表示为：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3中，动柔度传递函数即为负载模型动刚度传递函数的导数，其数学模型为：
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤4中，定义追踪信号误差其中r和分别为追踪参考信号和需观测的输出向量分量；线性扩张状态观测器为标准状态方程形式如下
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，输入信号中的为
9.根据权利要求7或8之一所述的方法，其特征在于，中的为
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