[发明专利]基于高阶滑模微分器的电机间接自适应鲁棒输出反馈控制方法

说明书

本发明提供一种基于高阶滑模微分器的电机间接自适应鲁棒输出反馈控制方法，该方法的实现包括以下步骤：步骤一、建立电机位置伺服系统模型；步骤二、设计基于高阶滑模微分器的电机间接自适应鲁棒输出反馈控制器；步骤三、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。本发明提出的基于高阶滑膜微分器的电机间接自适应鲁棒输出反馈控制方法，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；设计的基于高阶滑模微分器的电机间接自适应鲁棒输出反馈控制器，对系统系统状态进行估计并用于控制器设计，避免了测量噪声对控制器的影响同时，能有效解决电机伺服系统中存在的参数不确定性和不确定非线性问题。

技术领域

本发明涉及一种控制方法，具体涉及一种电机位置伺服系统的间接自适应鲁棒输出反馈控制方法。

背景技术

直线电机将电能直接转换成直线运动机械能，不需要任何中间转换机构的传动装置。具有起动推力大、传动刚度高、动态响应快、定位精度高、行程长度不受限制等优点，因而在工业中被广泛应用。

然而，为电机伺服系统设计高性能的控制器是不容易的，因为设计人员很可能会遇到很多的模型不确定性，包括参数不确定性和不确定非线性等未建模的非线性。这些不确定性因素可能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，甚至不稳定性。对于已知的非线性，可以通过反馈线性化技术处理。但是，无论动态非线性和参数识别的如何准确的数学模型，都不可能得到实际非线性系统的整个非线性行为和确切的参数，进而进行完美的补偿。始终存在着不能够用明确的函数来模拟的参数偏差和未建模非线性。

为了提高电机系统的跟踪性能，许多先进的非线性控制器应用到电机系统控制中，如鲁棒自适应控制，自适应鲁棒控制(ARC)，滑模控制等。

然而，所有上述方法均基于全状态反馈开展控制器设计，在运动控制中，不仅需要位置信号，还需要速度和/或加速度信号。但在许多实际系统中，受机械结构、体积、重量及成本限制，往往仅位置信息可知。此外，即便速度及加速度信号可以获得，也存在严重的测量噪声，进而恶化全状态反馈控制器可以获得的性能。非线性控制应用中所存在的这些实际问题，导致了PID控制至今在电机控制领域仍处于主导地位。但是，在现代工业时代的新需求下，PID越来越难以满足日益追求的高性能控制。因此，迫切需要设计非线性输出反馈控制策略。在线性系统中，这个问题可以利用分离设计原则解决，即对可观可控的线性系统，分别设计状态反馈控制器和状态观测器就可以获得系统的输出反馈控制器。但在非线性系统，由于分离原则不再成立，利用输出反馈实现系统的镇定问题就是一个非常困难问题，近年来，非线性系统的输出反馈镇定问题得到了广泛的关注。只有系统输出是可量测的条件下如何实现控制系统的镇定是控制理论一个重要的问题。

发明内容

本发明在只有位置状态已知的情况下，针对电机位置伺服系统中同时存在的参数确定性和不确定非线性问题，提出一种基于高阶滑模微分器的电机间接自适应鲁棒输出反馈控制方法。

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。

为达成上述目的，本发明提出一种基于高阶滑模微分器的电机间接自适应鲁棒输出反馈控制方法，其实现包括以下步骤：

步骤一、建立电机位置伺服系统模型

根据牛顿第二定律，电机惯性负载的动力学模型方程为：

式中y表示角位移，m表示惯性负载，k_f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，包括非线性摩擦，外部干扰以及未建模动态。

把(1)式写成状态空间形式，如下：