专利名称：一种基于mit的超声波电机模型参考自适应控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于MIT的超声波电机模型参考自适应控制系统,属于超声波电机控制技术领域。
背景技术：
超声波电机是一种新型的运动控制执行元件，具有不同于传统电机的工作原理与结构。由于运行机理的特殊性，超声波电机的运行离不开适当的驱动电路和控制策略。与数字控制技术的发展同步，超声波电机的控制策略越来越多地采用数字控制的实现技术，在硬件结构上体现为在嵌入式微处理器芯片中实时执行的控制程序。单片机、DSP等微处理器芯片与驱动电路结合在一起，成为驱动控制电路，与超声波电机一起构成了超声波电机运动控制装置。对于超声波电机的控制，和其它任何对象的控制一样，我们总是希望用相对简单的控制方法实现期望的控制性能。这样，不仅可以降低系统成本，还会因为降低了系统复杂性而提高系统运行的可靠性。但是，由于超声波电机所具有的时变非线性特征，控制性能不易采用简单的方法来提高，一般都是采用自适应自适应控制方法。在众多的自适应控制方法中，基于梯度优化方法的MIT模型参考自适应控制方法是一种相对简单的方法。作为一种模型参考自适应控制方法，MIT控制方法根据适当的自适应律，在线调整控制器参数，使超声波电机转速控制系统的实际转速响应跟踪由参考模型表达的期望响应过程，从而实现对超声波电机时变特性的自适应随动，改善控制性能。MIT方法的控制器是一个简单的比例控制器，所以控制算法简洁，在线计算量小。
图1给出了超声波电机MIT自适应转速控制系统的基本结构。其中，k。为闭环比例控制器，增益k。由自适应律根据转速输出侧的广义误差进行在线调整。控制器的输出控制量为超声波电机驱动电压的频率。参考模型与超声波电机模型的动态部分N(S)/D(S)完全相同，仅增益不同，分别为k和kv。参考模型的增益k为常数，超声波电机的增益kv则是时变的，随电机自身特性时变及各种扰动的出现而变化。可调增益k。的作用，就在于补偿kv的变化，使可调增益k。与超声波电机时变增益kv的乘积等于(实际上是趋近)参考模型的增益k，从而努力使电机转速响应过程与期望的参考模型特性一致。参考模型是这个系统的重要组成部分，体现了对系统控制性能的要求，应该按照期望的控制性能来设计参考模型。理想情况下，系统的控制性能与参考模型的性能一样，也就达到了期望的控制性能。但是，在MIT模型参考自适应控制方法中，要求参考模型与被控对象(超声波电机)模型仅有增益不同、动态环节相同。为满足这一前提条件，这种控制方法的参考模型的设计就不是任意的，这就可能与“参考模型表征控制期望”这一要求相抵触。用于超声波电机转速控制时，就出现了这种抵触，使参考模型无法设计，MIT控制方法也就无法应用于超声波电机控制系统。根据超声波电机二阶数学模型，在转速给定值为20.3r/min的情况下，经过归一化处理后，得到二阶欠阻尼模型标准形式的单位传递函数为
权利要求
1.一种基于MIT的超声波电机模型参考自适应控制系统，其特征在于:该自适应控制系统包括闭环比例控制器、参考模型、超声波电机模型、自适应律模块和辅助控制器，所述的辅助控制器设置在闭环比例控制器和超声波电机模型之间，辅助控制器的输入端与闭环比例控制器的输出端相连，辅助控制器的输出端与超声波电机模型的输入端相连， 所述的参考模型为Gw(X) =，，k为模型的增益部分，A(s)/B(s)为模型的动态部 B(S)分，该参考模型的输入为超声波电机转速的给定值Nraf,输出为nm ； (S、 所述的超声波电机模型为((上')=1#，kv为模型的增益部分，N(s)/D (s)为模型的动态部分，该超声波电机模型的输入为辅助控制控制器的输出，超声波电机模型的输出为η ； 所述的闭环比例控制器的可调增益为k。，k。的变化由自适应律模块控制； 所述的辅助控制器模型为O) =，其输入为； 所述的自适应律模块采用的是梯度优化算法的自适应律，自适应律为k。= μ.e * nffl,其中e是参考模型的输出和 超声波电机模型的输出之间的误差，e=nffl-n,自适应系数β — λ~- j λ为梯度优化算法中的步距,且λ >0。K
2.根据权利要求1所述的基于MIT的超声波电机模型参考自适应控制系统，其特征在于:所述的辅助控制器模型Ga(S)与超声波电机模型Gp(S)串联组成广义被控对象G(S)， 邠)调.G⑷卿迎=碰。p B(s)N(s) D(s) B(s)
全文摘要
本发明涉及一种基于MIT的超声波电机模型参考自适应控制系统，属于超声波电机控制技术领域。本发明通过在闭环比例控制器和超声波电机模型之间增设一辅助控制器，该辅助控制器与超声波电机模型串联组成广义被控对象，参考模型的动态部分只需与广义被控对象的动态部分相同即可，使得参考模型不再与被控对象(超声波电机)模型有密切关系，参考模型的增益和动态部分均可与被控对象模型不同，从而使得参考模型能够准确反应期望特性，使MIT控制方法能够应用到超声波电机的控制系统中，同时又采用基于梯度优化的自适应律，使得对闭环比例控制器的可调增益kc进行在线自适应调整的计算量小，从而有助于提高该系统的运行效率，降低系统成本。
文档编号G05B13/04GK103149843SQ20131008019
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月13日 优先权日2013年3月13日
发明者史敬灼, 沈晓茜, 王晓节, 马秋杰, 张亚楠 申请人:河南科技大学