一种针对连续回转马达电液伺服系统的五阶自抗扰控制方法与流程

本发明涉及智能控制领域，具体设计了一种针对连续回转马达电液伺服系统的五阶自抗扰控制方法。

背景技术：

目前，航空航天产业是检验一个国家综合国力最有说服力的标准，连续回转马达作为评价航空航天制导系统性能的重要设备，广泛应用于航空航天飞行器中，通过对连续回转马达电液伺服系统的精确控制，准确复现航空航天飞行器在空中飞行时姿态角及其角速度的变化。

自抗扰控制是一种非线性控制率，该技术采用简单的非线性元件和算法，可以直接对非线性系统进行控制，不需要依赖于被控对象的精确数学模型，算法简单，在未知强非线性和不确定强扰动作用下都能保证控制精度，在连续回转马达电液伺服系统中取得了理想的控制结果。

但是对于连续回转马达电液伺服系统这种高阶非线性时变系统，高阶自抗扰控制器存在待整定参数数量多和响应速度慢的问题，对于控制精度和频率响应的改善没有明显提高，无法满足提高马达性能的要求。因此，优化高阶自抗扰控制器以满足连续回转马达电液伺服系统要求是一个亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明提出一种针对连续回转马达电液伺服系统的五阶自抗扰控制方法，该控制方法设计的跟踪微分器包括一个输入信号v0和五个输出信号v1，v2，v3，v4，v5，其结构由线性函数和非线性函数组合而成，并且包含快速微分器结构；所述的非线性误差反馈控制律结合指数趋近律和终端滑模面提出，包括五个输入信号e1，e2，e3，e4，e5和一个输出信号u0；所述的扩张状态观测器由一个输入信号f(z)和六个输出信号z1，z2，z3，z4，z5，z6构成，用线性化的动态补偿来代替非线性函数；通过该控制方法对连续回转马达五阶伺服系统进行控制，在跟踪控制上具有较高的鲁棒性和抗干扰能力，有效地提高了连续回转马达电液伺服系统的低速性和稳定性，并提高了跟踪精度，实现了伺服系统的精确控制。

本发明采用了如下技术方案：

一种针对连续回转马达电液伺服系统的五阶自抗扰控制方法，包括一个跟踪微分器，非线性误差反馈控制律和扩张状态观测器：所述的跟踪微分器包括一个输入信号v0和五个输出信号v1，v2，v3，v4，v5，其结构由线性函数和非线性函数组合而成，并且包含快速微分器结构；所述的非线性误差反馈控制律依据终端滑模面提出，包括五个输入信号e1，e2，e3，e4，e5和一个输出信号u0，并采用指数趋近律；所述的扩张状态观测器由两个输入为f(z)，b0u0和六个输出信号z1，z2，z3，z4，z5，z6构成，用线性化的动态补偿来代替非线性函数。

所述的跟踪微分器表达式为：

其中，k为时间；v1(k+1)，v2(k+1)，v3(k+1)，v4(k+1)，v5(k+1)为针对五阶系统的跟踪微分器k+1时刻各阶输出；v0(k)为k时刻给定的输入信号；v1(k)，v2(k)，v3(k)，v4(k)为k时刻跟踪微分器各阶值；a1、a2、b1、r为待整定参数。

所述的非线性误差反馈控制律表达式如下：

其中，v1，v2，v3，v4，v5为跟踪微分器的输出；z1，z2，z3，z4，z5为扩张状态观测器的输出；e1，e2，e3，e4，e5为两者误差信号，即非线性误差反馈控制律的输入；u1，u2，u3，u4，u5为各阶结果；u0为非线性误差反馈控制律的输出；sgn()为函数；f(t)+w(t)为五阶系统的非线性函数部分；z1⁽²⁾，z2⁽²⁾，z3⁽²⁾，z4⁽²⁾，z5⁽²⁾为z1，z2，z3，z4，z5的二阶导数；e1⁽¹⁾，e2⁽¹⁾，e3⁽¹⁾，e4⁽¹⁾，e5⁽¹⁾为e1，e2，e3，e4，e5的一阶导数；k1、k2、α、σβ、b2为待整定参数。

所述的扩张状态观测器表达式如下：

其中，k为时间；z1(k)，z2(k)，z3(k)，z4(k)，z5(k)，z6(k)为扩张状态观测器的k时刻值；z1(k+1)，z2(k+1)，z3(k+1)，z4(k+1)，z5(k+1)，z6(k+1)为k+1时刻扩张状态观测器的输出；f(z)为扩张状态观测器的输入；f⁽¹⁾(z)为其一阶导；b2，u0由非线性误差反馈控制律得到；η1，η2，η3，η4，η5，η6为待整定参数。

本发明的创造性主要体现在：

(1)本发明针对连续回转马达电液伺服系统存在未知强非线性和不确定强扰动因素，设计了一种针对连续回转马达电液伺服系统的五阶自抗扰控制方法，对高阶非线性系统具有良好的控制性能，对不确定扰动因素也具有较好的适应性和鲁棒性，同时提高系统的跟踪精度和响应频率；

(2)本发明设计的一种针对连续回转马达电液伺服系统的五阶自抗扰控制方法，相较于传统自抗扰控制，减少了需要整定的参数个数，降低了整定的难度，节省运算时间，减少控制器的复杂程度。

附图说明

图1是一种针对连续回转马达电液伺服系统的五阶自抗扰控制方法的结构图；是密封容腔流体模型网格划分。

图2是0.001°/s斜坡输入信号的相应特性曲线图；

图3是频率8hz，幅值1°的正弦输入信号的响应特性曲线图。

具体实施方式：

结合附图，对本发明的控制方法进行详细描述：

如图1所示，一种针对连续回转马达电液伺服系统的五阶自抗扰控制方法的结构图；具体控制过程为：k时刻给定输入信号v0(k)通过跟踪微分器得到k+1时刻的v1(k+1)，v2(k+1)，v3(k+1)，v4(k+1)，v5(k+1)，通过与扩张状态观测器的k+1时刻的z1(k+1)，z2(k+1)，z3(k+1)，z4(k+1)，z5(k+1)作差，得到误差e1，e2，e3，e4，e5，作为非线性误差反馈控制律的输入，得到输出u0，通过与z6(k+1)的运算作为动态补偿作用在被控对象上，得到f(z)。

如图2所示，细实线为斜度0.001°/s的斜坡输入信号，虚线为自校正小波神经网络控制器控制的输出相应曲线。

如图3所示，细实线为频率8hz，幅值1°的正弦输入信号，虚线为自校正小波神经网络控制器的输出相应曲线。