[发明专利]基于输出反馈反步控制的压电电机死区控制系统及方法

权利要求书

1.一种基于输出反馈反步控制的压电电机死区控制系统，包括一基座以及设于基座上的压电电机；所述压电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一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以及所述压电电机的输入端分别与一控制系统相连；所述控制系统内搭载一反步自适应控制器，通过反步控制方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，并通过李亚普诺夫稳定性函数获得反馈控制参数的强健性方法，以保证系统稳定性，其特征在于，记总集不确定项的边界为已知，|D(t)|≤ρ，ρ为一个预设正常数项，采用反馈控制对系统进行伺服控制：

记非线性系统如下：

其中，Y_i是已知的连续的线性或者非线性失真，d(t)表示有界外部扰动，参数a_i是未知常数，控制增益b是常数，v是控制输入，u(v)表示死区非线性函数；

其中，b_r≥0,b_l≤0和m>0是常数，v是输入，u是输出；

u(t)＝mv(t)+d₁(v(t))

其中，

则d₁(v(t))是有界的；

记：

其中，β＝bm和d(t)的影响是由于两者外部扰动和bd₁(v(t))，令d(t)为干扰项，并使用D表示其界限；

则：

其中，a＝[-a₁,-a₂,…,-a_r]^T，Y＝[Y₁，Y₂，L，Y_r]^T；x表示位置信号；

反步自适应控制方法如下：

α₁＝-c₁z₁

参数更新方法如下：

其中，不确定参数b和m使得β＞0；期望的轨迹y_r(t)和其(n-1)阶导数是已知和有界；闭环在环路中的所有信号都是稳定均匀的最终有界；跟踪误差x(t)-y_r(t)在瞬态周期期间是可调的；x(t)表示t时刻的位置信号；

lim_t→∞x(t)-y_r(t)＝0或lim_t→∞|x(t)-y_r(t)|-δ₁＝0对于任意指定的边界δ₁＝0；

对于c_i,i＝1,L,n，c_i是正设计参数，γ和η是两个正设计参数，Γ是一个正定矩阵，和是e＝1/β、a和D的估计，δ_i(i＝1,L,n)是正设计参数，q＝round{(n-i+2)/2}，round{x}表示x的元素到最接近的整数。

2.根据权利要求1所述的基于输出反馈反步控制的压电电机死区控制系统，其特征在于，所述控制系统包括一压电电机驱动控制电路；所述压电电机驱动控制电路包括一控制芯片电路和一驱动芯片电路；所述光电编码器的信号输出端与所述控制芯片电路的相应输入端相连接，所述控制芯片电路的输出端与所述驱动芯片电路的相应输入端相连接，以驱动所述驱动芯片电路；所述驱动芯片电路的驱动频率调节信号输出端和驱动半桥电路调节信号输出端分别与所述压电电机的相应输入端相连接。

3.根据权利要求1所述的基于输出反馈反步控制的压电电机死区控制系统，其特征在于，所述联轴器为弹性联轴器。

4.根据权利要求1所述的基于输出反馈反步控制的压电电机死区控制系统，其特征在于，所述压电电机、光电编码器、力矩传感器分别经压电电机固定支架、光电编码器固定支架、力矩传感器固定支架固定于所述基座上。