【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于伺服控制，具体涉及一种全电起竖系统重载零速起动控制装置和方法。
技术介绍
1、起竖系统在移动发射平台中承担着装备起竖回平发射控制的重要任务，其性能直接决定了发射的可靠性、稳定性及快速性。电动缸是驱动负载起竖的线性传动机构，具有机动性强和控制精度高的特点，逐渐开始作为传动机构应用于全电起竖系统。考虑到负载包含大量设备和能量供应系统，负载重量很大，当重载启动时，会对起竖系统保持在静止稳定位置带来很大困难，容易对系统产生冲击振动影响。
2、传统的伺服控制器设计多采用pi控制方法，然而，在参数和模型不确定性系统中，它可能导致极限环振荡和不稳定现象。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种全电起竖系统重载零速起动控制装置和方法。本专利技术方案能够解决上述现有技术中存在的问题。
2、本专利技术的技术解决方案：
3、根据第一方面，提供一种全电起竖系统重载零速起动控制装置，包括n个电动缸、速度环控制器和n个电流环控制器，所述的每个电流环控制器输出端与一个所述的电动缸的输入端连接，输入端与所述的速度环控制器输出端连接，所述的速度环控制器输入端与所述电动缸的输出端连接；所述的速度环控制器包括扩张状态观测器、模型前馈补偿单元和鲁棒控制器，所述的扩张状态观测器和模型前馈补偿单元串联后与所述的鲁棒控制器并联，将所述模型前馈补偿单元的输出与所述的鲁棒控制器的输出合并后作为速度环控制器的输出；所述电流环控制器采用矢量控制的方式，结合
4、进一步的，所述的鲁棒控制器包括线性稳定反馈组件和非线性鲁棒反馈组件，所述的线性稳定反馈组件的输出项为us1＝-k2e2，其中e2＝x2-x2eq表示加速度误差，为虚拟控制量，e1＝x1-x1d表示速度跟踪误差，x1d为期望速度，k1、k2为虚拟控制量的系数，取值大于0的常数，根据模型特征进行适应性调整，x1为实际速度，x2为实际加速度；所述的非线性鲁棒反馈组件的输出项为其中εs为一个趋近于0的极小的正数，hs代表所有误差的上限，并且满足为观测参数的估计值、θ1为系统控制参数、为系统控制参数估计值、θmax、θmin为系统观测参数的上下限，为系统状态变量。
5、进一步的，所述的扩张状态观测器的观测量z1、z2、z3的计算公式为：λ1，λ2，λ3为扩张状态观测器系数，β为非线性因子，σ为滤波因子，θ1、θ2、θ3为系统控制参数变量、e为系统观测误差。
6、进一步的，所述的模型前馈补偿单元的输出为：其中，为扩展状态观测器的观测值，为观测量z1、z2、z3经过迭代运算之后得到的z1的值。
7、根据第二方面，提供上述一种全电起竖系统重载零速起动控制方法，包括以下步骤：
8、结合电机的电气特性，采用id＝0的矢量控制的方式，考虑电机定子电流在q轴的分量与电磁转矩的输出关系，确定电流环的数学模型；
9、根据确定的电流环数学模型，构建电动缸数学模型；
10、根据电动缸数学模型，设计速度环控制器的控制律，从而确定全电起竖系统的实际控制量；
11、全电起竖系统根据实际控制量转动。
12、进一步的，所述的电动缸数学模型为：
13、
14、te,all＝nte＝nktiq，
15、
16、其中te为单电机转矩；te,all为电机输出总转矩；j为传动机构的转动惯量；b为等效粘性摩擦系数；tl为负载转矩；ω为转子角速度；kt为转矩系数；iq为定子电流在q轴的分量，n为电动缸的个数；kpwm为经过pwm模块前后输出的电压幅值，ke为反电动势系数，l为永磁同步电机电感，r为永磁同步电机等效电阻，iq*为参考电流，代表速度环控制器的输出。
17、进一步的，所述的速度环控制器的控制律为：
18、且us2需要满足条件：
19、其中，k2为大于0的常数，ua为模型前馈控制量，us1为稳定系统的线性鲁棒反馈项，us2为处理系统误差的非线性鲁棒反馈项。
20、本专利技术与现有技术相比的有益效果：
21、本专利技术通过处理系统非线性的鲁棒控制项的设置，当面对未知干扰时，处理系统非线性的鲁棒控制项可消除参数估计误差和其他的模型不确定性使系统稳定，保证系统可控，并且提高系统面对复杂环境时的稳定性和调节能力，保证稳定的启动过程，为全电起竖系统提供了一个安全可靠的控制方法。
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1.一种全电起竖系统重载零速起动控制装置，其特征在于，包括n个电动缸、速度环控制器和n个电流环控制器，所述的每个电流环控制器输出端与一个所述的电动缸的输入端连接，输入端与所述的速度环控制器输出端连接，所述的速度环控制器输入端与所述电动缸的输出端连接；所述的速度环控制器包括扩张状态观测器、模型前馈补偿单元和鲁棒控制器，所述的扩张状态观测器和模型前馈补偿单元串联后与所述的鲁棒控制器并联，将所述模型前馈补偿单元的输出与所述的鲁棒控制器的输出合并后作为速度环控制器的输出；所述电流环控制器采用矢量控制的方式，结合电机的电气特性，考虑到电流环响应能力满足快速电流跟踪的需求，确定电机的电磁转矩输出，从而控制电动缸的输出；所述的电动缸的输出端还与控制对象连接，使控制对象按照输出的角速度运动。
2.根据权利要求1所述的一种全电起竖系统重载零速起动控制装置，其特征在于，所述的鲁棒控制器包括线性稳定反馈组件和非线性鲁棒反馈组件，所述的线性稳定反馈组件的输出项为us1＝-k2e2，其中e2＝x2-x2eq表示加速度误差，为虚拟控制量，e1＝x1-x1d表示速度跟踪误差，x1d为期望速度，k1
3.根据权利要求2所述的一种全电起竖系统重载零速起动控制装置，其特征在于，所述的扩张状态观测器的观测量z1、z2、z3的计算公式为：λ1，λ2，λ3为扩张状态观测器系数，β为非线性因子，σ为滤波因子，θ1、θ2、θ3为系统控制参数变量、e为系统观测误差。
4.根据权利要求3所述的一种全电起竖系统重载零速起动控制装置，其特征在于，所述的模型前馈补偿单元的输出为：其中，为扩展状态观测器的观测值，为观测量z1、z2、z3经过迭代运算之后得到的z1的值。
5.使用如权利要求1-4任一所述的一种全电起竖系统重载零速起动控制装置的全电起竖系统重载零速起动控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种全电起竖系统重载零速起动控制方法，其特征在于，所述的电动缸数学模型为：
7.根据权利要求6所述的一种全电起竖系统重载零速起动控制方法，其特征在于，所述的速度环控制器的控制律为：
...【技术特征摘要】
1.一种全电起竖系统重载零速起动控制装置，其特征在于，包括n个电动缸、速度环控制器和n个电流环控制器，所述的每个电流环控制器输出端与一个所述的电动缸的输入端连接，输入端与所述的速度环控制器输出端连接，所述的速度环控制器输入端与所述电动缸的输出端连接；所述的速度环控制器包括扩张状态观测器、模型前馈补偿单元和鲁棒控制器，所述的扩张状态观测器和模型前馈补偿单元串联后与所述的鲁棒控制器并联，将所述模型前馈补偿单元的输出与所述的鲁棒控制器的输出合并后作为速度环控制器的输出；所述电流环控制器采用矢量控制的方式，结合电机的电气特性，考虑到电流环响应能力满足快速电流跟踪的需求，确定电机的电磁转矩输出，从而控制电动缸的输出；所述的电动缸的输出端还与控制对象连接，使控制对象按照输出的角速度运动。
2.根据权利要求1所述的一种全电起竖系统重载零速起动控制装置，其特征在于，所述的鲁棒控制器包括线性稳定反馈组件和非线性鲁棒反馈组件，所述的线性稳定反馈组件的输出项为us1＝-k2e2，其中e2＝x2-x2eq表示加速度误差，为虚拟控制量，e1＝x1-x1d表示速度跟踪误差，x1d为期望速度，k1、k2为虚拟控制量的系数，取值大于0的常数，根据模型特征进行适应性调整，x1为实际速度，x2为实际...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄建，张信语，吴雪琴，薛涛，洋婷，王天乙，孙碧珣，张紫君，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：
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