一种电机位置伺服系统的抗干扰控制方法
【专利摘要】本发明提供一种电机位置伺服系统的抗干扰控制方法，针对电机位置伺服系统的特点，建立了电机位置伺服系统模型，并据此设计的基于有限时间干扰估计的鲁棒控制器，对系统未建模干扰进行估计并实时补偿，通过控制律参数调节能很好估计系统的总扰动，能有效解决电机伺服系统不确定非线性问题，在上述干扰条件下系统控制精度满足性能指标；本发明所提出的电机位置伺服系统的抗干扰控制方法，简化了控制器设计。
【专利说明】一种电机位置伺服系统的抗干扰控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电机位置伺服【技术领域】，具体而言涉及一种电机位置伺服系统的抗干 扰控制方法。
【背景技术】
[0002] 直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定 转矩的性能等优点，因而在工业中广泛应用。随着工业发展的需求，高精度的运动控制已成 为现代直流电机的主要发展方向。在电机伺服系统中，由于工作状况变动、外部干扰以及建 模误差的缘故，在设计控制器时，会遇到很多的模型不确定性，尤其是不确定非线性，它会 严重恶化能够取得的控制性能，从而导致低控制精度，极限环震荡，甚至系统的不稳定。对 于已知的非线性，可以通过反馈线性化技术处理。但是实际工业过程的精确模型很难得到， 非线性更是未知的，因而设计高性能控制器时异常困难。
[0003] 传统控制方式难以满足不确定非线性的跟踪精度要求，因此需要研究简单实用且 满足系统性能需求的控制方法。近年来，各种先进控制策略应用于电机伺服系统，如滑模变 结构控制、鲁棒自适应控制、自适应鲁棒等。但上述控制策略控制器设计均比较复杂，不易 于工程实现。
【发明内容】
[0004] 本发明为解决电机位置伺服系统中不确定非线性问题，进而提出一种电机位置伺 服系统的抗干扰控制方法。
[0005] 本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有 利的方式发展独立权利要求的技术特征。
[0006] 为达成上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
[0007] -种电机位置伺服系统的抗干扰控制方法，其实现包括以下步骤：
[0008] 步骤1、建立电机位置伺服系统模型；
[0009] 步骤2、根据前述建立的模型设计基于有限时间干扰估计的电机鲁棒控制器； [0010] 步骤3、通过调节基于有限时间干扰估计的鲁棒控制器中的参数使得系统满足控 制性能指标。
[0011] 进一步的实施例中，前述步骤1的实现包括：
[0012] 将电机惯性负载的动力学模型方程表示为：
【权利要求】
1. 一种电机位置伺服系统的抗干扰控制方法，其特征在于，该方法的实现包括以下步 骤： 步骤1、建立电机位置伺服系统模型； 步骤2、根据前述建立的模型设计基于有限时间干扰估计的电机鲁棒控制器； 步骤3、通过调节基于有限时间干扰估计的鲁棒控制器中的参数使得系统满足控制性 能指标。
2. 根据权利要求1所述的电机位置伺服系统的抗干扰控制方法，其特征在于，前述步 骤1的实现包括： 将电机惯性负载的动力学模型方程表示为： my - kfu - by - f (y, y, t) (I) 式中，y表示角位移，m表示惯性负载，kf表示扭矩常数，u是系统控制输入，b代表粘性 摩擦系数，f代表其他未建模干扰，包括比如非线性摩擦，外部干扰以及未建模动态； 将（1)式改写成状态空间形式，如下：
其中，[XpX2] X = [X1, x2]T表示位置和速度的状态向量；参数集0 = [Q丨，Q 2]T，其中Q丨=kf/m，0 2 = b/m，九丫，〇=/(7,如)/--表示集中干扰； 由于系统参数m，kf，b未知，系统参数是不确定的，系统的不确定非线性d(x，t)不能明 确建模，且系统的未建模动态和干扰总是有界的，因而，以下假设总是成立的： 假设1 :参数9满足： 叫（3) 其中 0 Hlin = [ U 2niin]T，0 MX = [ 9 lniax，9 2mx]t，它们都是已知的，此外 9 lniin>〇， 9 2min〉〇 ; 假设2 :d(x，t)是有界的且一阶可微的，即 I d(x，t) I 彡 5 d (4) 其中，Sd已知。
3. 根据权利要求2所述的电机位置伺服系统的抗干扰控制方法，其特征在于，前述步 骤2设计基于有限时间干扰估计的电机鲁棒控制器，其具体实现包括： 步骤2-1、根据公式（2)构建电机的有限时间干扰观测器 首先，系统模型（2)写成如下形式：
其中，D(x, t) = ( 0「0 ln)u_( 0 2_ 0 2n)x2_d(x, t)是一个广义干扰，代表名义系统的偏 差，0^和02n分别是^和02的名义值； 由 D1U, t) = ( 0 厂 0 ln)u-( 0 2- 0 2n)x2-d(x, t)和前述假设 2 可知 D1U, t)也是有界一 阶可微的，即
其中，9111=91^!￡_9111111，^) = [1<，-'^2]; 由（5)式设计一个D1(Xj)的有限时间干扰观测器，如下： e〇 =V^duU-O2tlX1, et =V1 = D1, =v7 = V0 =-入 〇 I e0-x212/3sgn (e0_x2) +e! (7) V1 =-入！ I e^Vo 11/2sgn (e0-v0) +e2v2 =-入 Pgn(G2-V1) 存在一个时间时间常数T1，当时间t大于时间常数T1时，A = 〇 ,其中A =A - A ;且 总是能选择足够大的设计参数来保证任意小的时间段T1 ; 定义一个饱和函数：
步骤2-2、设计基于有限时间干扰估计的电机鲁棒控制器如下： 定义变量如下： Z2 - Z1+ Ar1Z1 = X2- X2eq (Iq) A X2eq =Kd ~KZl 其中，Z1 = X1-XldU)是输出跟踪误差，kpo是一个反馈增益，由于G(s) = Z1(S)A2(S) =Vbk1)是一个稳定的传递函数，当Z2趋于0时，Z1必然也趋于0 ; 对式（10)微分并把式（5)代入，可得： Z2 =OhtU-O2i X1-X2iy+ D(XJ) (11) 基于干扰估计為，融合FTDO的鲁棒控制器如下： u = (ua+us) / 9 lnus = usl+us2 = i', + - /3丨 （12) a Zeq Zn Z I usi = _k2z2 把式（12)代入式（11)，可得z2的动态方程： r^, jTit^ ~ (13) us2满足如下条件： z2 -/)，!<〇-, ( 14a) Z2Us2 ^ O (14b) 其中〇 PO是一个设计参数，在此给出满足式（14a)和式（14b)的us2的一个形式： 令g为如下函数 於 WIIKM (15) 其中IMIIH11+?是A的上界； 由此设计如下的Us2 : I^2 = -Ii^z2 = -Sf2Z2 /(4(7,) C 16 ' 其中ksl为一个非线性增益。
4.根据权利要求3所述的电机位置伺服系统的抗干扰控制方法，其特征在于，在所述 步骤3中，通过调节基于有限时间干扰估计的鲁棒控制器中u的参数ki，k2, Aci, A1，入2， 〇 i，使得系统满足控制性能指标，即误差在预定的范围内。
【文档编号】G05B19/402GK104360635SQ201410562985
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月21日 优先权日:2014年10月21日
【发明者】姚建勇, 徐张宝, 杨贵超, 邓文翔, 董振乐 申请人:南京理工大学