[发明专利]一种基于输出反馈控制器的超声波电机伺服控制方法

权利要求书

1.一种基于输出反馈控制器的超声波电机伺服控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：提供一基座以及设于基座上的超声波电机，所述超声波电机一侧输出轴与一光电编码器相连接，另一侧输出轴与一飞轮惯性负载相连接，所述飞轮惯性负载的输出轴经联轴器与一力矩传感器相连接，所述光电编码器的信号输出端、所述力矩传感器的信号输出端分别接至一控制系统；

步骤S2：所述控制系统建立在输出反馈控制的基础上，在控制器上以Lyapunov函数为其调整函数，用以获得更好的控制效能；所述控制系统的动态方程为：

其中A_p＝-B/J,B_P＝J/K_t>0,C_P＝-1/J；B为阻尼系数，J为转动惯量，K_t为电流因子，T_f(v)为摩擦阻力力矩，T_L为负载力矩，U(t)是电机的输出力矩，θ_r(t)为通过光电编码器测量得到的位置信号；

其中，所述步骤S2中，若控制系统的参数都是已知的，外力干扰、交叉耦合干扰和摩擦力都是不存在的，则电机的标准模型为下式所示：

其中，A_n为A_p之标准值，B_n为B_P之标准值；

若控制系统的参数值偏离了标准值或是系统出现了外力干扰，交叉耦合干扰和摩擦力矩，此时控制系统的动态方程修改成：

D(t)为总集不确定项，定义为：

其中，C_n为C_P之标准值，ΔA，ΔB、ΔC代表微小变化量，因此将总集不确定项的边界假设为|D(t)|≤ρ，ρ为一个给定的正常数项，为了避免电机中出现不可预期的不确定项，则使用反馈控制对系统进行伺服控制；

非线性系统动力学重新表示成：

上式a_i为未知常数和控制增益参数，Y_i是已知的连续性或非线性函数，w是控制输入，x₁(t)＝x(t)，x_n＝x^(n-1)，a＝[-a₁,a₂, … ,-a_m]^T，Y＝[Y₁,Y₂, … ,Y_m]^T；表示有界的外部干扰，u₀、w₀为u、w的初始值，u为回滞系统的输出，d(t)的影响是由于bd₁(w(t))产生的外部干扰，称之为扰动项；

输出y：

其中，

采用的滤波器为如下方程所示：

其中，k＝[k₁,…,k_n]^T，使得矩阵的所有特征值位于给定的稳定位置；利用滤波器，状态估计误差满足:

其中，

则控制系统表示为:

因此：

Θ＝[b_m,…,b₀,θ^T]^T

v_i,2,ε₂,ξ₂分别表示v_i,ε,ξ的第二项，它的所有状态用于反馈；

则控制器通过遵循下面的设计步骤来实现，其中c_i,i＝1,…,ρ是正设计参数，是Θ的估计，是和是待设计的正常数，并且Θ₀是正的常数；

在自适应控制设计中使用输出反馈来实现控制目标，先进行坐标变换：

z₁＝y-y_r (18)

其中y为实际输出，y_r为给定的运动轨迹方程，b_m＝a_mc，c为常数，m是方程(5)的阶数，α_i-1是第i个虚拟控制步骤；

参数更新规律为：

进一步参数更新规律为：

调整函数为：

根据上述公式，则该控制过程是稳定的，满足z_i→0，i＝1,2,…n，则因此该系统通过使用输出反馈算法来控制电机转子的旋转角度，再通过计算转子的旋转角度间接控制电机的速度。