[发明专利]一种基于干扰观测器的电机位置伺服系统自适应控制方法

说明书

本发明公开了一种基于干扰观测器的电机位置伺服系统自适应控制方法。该方法为：首先建立电机位置伺服系统的数学模型；然后构建干扰观测器和基于干扰观测器的自适应控制器；最后运用李雅普诺夫稳定性理论，对电机位置伺服系统进行稳定性证明，并运用Barbalat引理得到系统的全局渐近稳定结果。本发明基于电机位置伺服系统的积分串联模型和干扰观测器，设计了基于干扰观测器的非线性控制方法，并将其与自适应控制相融合，对未建模干扰和参数不确定性分别进行估计，使伺服系统在未建模干扰为时变干扰时，系统也能达到全局渐进稳定；解决了系统的强参数不确定性和强不确定性非线性问题，使系统获得了更好的跟踪性能。

技术领域

本发明涉及机电伺服控制技术领域，特别是一种基于干扰观测器的电机位置伺服系统自适应控制方法。

背景技术

电机伺服系统凭借其动态响应快、维护方便、传动效率高、没有公害污染以及能源获取方便的优点，广泛应用于各个领域，如机器人、机床、航空航天等。特别是随着电子技术和计算机软件技术的发展，电机伺服系统的发展前景愈加广阔。电机伺服系统是一个典型的非线性系统，包含许多建模不确定性，包括参数不确定性(如力矩放大系数和粘性摩擦系数等)和不确定非线性(如外干扰和未建模摩擦等)，这些因素尤其是不确定非线性的存在，会严重恶化控制器期望的控制性能，导致系统跟踪误差不理想、极限环振荡、甚至使系统失稳，从而使控制器的设计变得困难。因此探索能同时处理系统参数不确定性和不确定性非线性，从而使系统获得高精度跟踪性能的先进控制策略显得尤为重要。

在现代非线性控制方法中，为了可以同时解决参数不确定性和不确定非线性的问题，并能使系统获得很好的跟踪性能，提出了自抗扰自适应控制(ADRAC)方法。该控制方法主要利用线性扩张状态观测器(LESO)，对系统的不确定性非线性进行估计，并在控制器设计中对其进行补偿，同时采用自适应控制来处理系统的参数不确定性，以提高控制器模型补偿的精度，获得了很好的跟踪性能。但是该控制方法存在一个缺陷，即当不确定非线性是时变干扰时，系统只能达到有界稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在参数不确定性和未建模干扰同时存在的条件下，电机位置伺服系统能得到全局渐进稳定的基于干扰观测器的自适应控制方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于干扰观测器的电机位置伺服系统自适应控制方法，包括以下步骤：

步骤1，建立电机位置伺服系统的数学模型；

步骤2，构建干扰观测器，并对电机位置伺服系统的总不确定项进行估计；

步骤3，构建基于干扰观测器的自适应控制器DAC；

步骤4，运用李雅普诺夫稳定性理论，对电机位置伺服系统进行稳定性证明，并运用Barbalat引理得到系统的全局渐近稳定结果。

进一步地，步骤1所述的建立电机位置伺服系统的数学模型，具体如下：

(1.1)根据牛顿第二定律简化电机的电气动态为比例环节，电机位置伺服系统的运动方程为：

式(1)中m为惯性负载参数，y为惯性负载的位移，k_i为力矩放大系数，u为系统的控制输入，B为粘性摩擦系数，为包括外干扰及其他未建模摩擦的不确定性项，t为时间变量；

(1.2)定义状态变量：则式(1)运动方程转化为状态方程形式：

式(2)中，由于系统假设m、k_i、B是未知的，所以均为未知参数；为系统总的干扰，包括外负载干扰、未建模摩擦、未建模动态；f(t,x1,x2)即为x1为惯性负载的位移，x2为惯性负载的速度；

(1.3)做如下假设：