[发明专利]一种基于内中外三层回路的电动舵机设计方法

权利要求书

1.一种基于内中外三层回路的电动舵机设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S10，采用角度传感器测量电动舵机的舵偏角，记作δ；采用速度传感器，测量电动舵机的舵偏角速度，记作ω；采用电流传感器测量舵机内部直流电机的电流，记作I；

步骤S20，根据所述的电动舵机的舵偏角信号与电动舵机的输入指令信号进行对比，得到电动舵机的舵偏角误差信号；根据舵偏角误差信号进行非线性变换后得到舵偏角误差非线性变换信号，再积分，得到舵偏角误差非线性积分信号；根据舵偏角速度信号进行非线性变换，得到角速度非线性变换信号；再根据舵偏角误差信号、舵偏角误差非线性积分信号与舵机角速度信号、舵偏角误差非线性变换信号、角速度非线性变换信号叠加得到角误差非线性滑模信号，并进一步解算角速度期望信号如下：

e＝δ-δ^d；

s₁＝k₁e+k₂s_1a+k₃s_1b+k₄s_1c+k₅ω；

其中δ^d为电动舵机的输入指令信号，e为电动舵机的舵偏角误差信号；s_1a为舵偏角误差非线性变换信号；s_1c为舵偏角误差非线性积分信号；s_1b为角速度非线性变换信号；s₁为角误差非线性滑模信号；ω^d为角速度期望信号；a₁、ε₁、k₁、k₂、k₃、k₄、k₅、k₆、k₇、k₈为常值参数。

2.根据权利要求1所述的一种基于内中外三层回路的电动舵机设计方法，其特征在于，根据所示的角速度期望信号与舵偏角速度信号进行比较，得到角速度误差信号；然后对角速度误差信号进行超前校正，得到角速度误差超前信号；再进行滤波整理，得到角速度误差超前滤波信号；再进行非线性变换，得到角速度误差超前滤波非线性信号；再对角速度误差信号进行指数型非线性变换，得到角速度误差非线性信号；再进行积分运算，得到角速度误差非线性积分信号；最后叠加角速度误差信号、角速度误差非线性信号、角速度误差非线性积分信号、角速度误差超前滤波信号、角速度误差超前滤波非线性信号得到角速度非线性滑模信号，然后进行比例放大与非线性变换得到电流期望信号如下：

z＝ω-ω^d；

s₂＝d₁z+d₂s_2a+d₃s_2b+d₄s_2c+d₅z_d；

其中z为角速度误差信号；z_d1为角速度误差超前信号；z_d为角速度误差超前滤波信号；s_2a为角速度误差非线性信号；s_2c为角速度误差非线性积分信号；s_2b为角速度误差超前滤波非线性信号；s₂为角速度非线性滑模信号；I^d为电流期望信号；a₂、a₃、a₄、ε₂、d₁、d₂、d₃、d₄、d₅、d₆、d₇、d₈为常值参数。

3.根据权利要求2所述的一种基于内中外三层回路的电动舵机设计方法，其特征在于，根据所述的电流期望信号，与舵机内部直流电机的电流信号进行对比，得到电流误差信号；然后对电流误差信号进行超前校正，得到电流误差超前信号；再进行滤波整理，得到电流误差超前滤波信号；再进行非线性变换，得到电流误差超前滤波非线性信号；再对电流误差信号进行指数型非线性变换，得到电流误差非线性信号；再进行积分运算，得到电流误差非线性积分信号；最后叠加电流误差信号、电流误差非线性信号、电流误差非线性积分信号、电流误差超前滤波信号、电流误差超前滤波非线性信号得到电流非线性滑模信号，然后进行比例放大与非线性变换得到舵机的电流控制信号，输送给直流电机，实现舵机对给定指令信号的跟踪如下：

w＝I-I^d；

s_3c＝∫s_3adt；

s₃＝l₁w+l₂s_3a+l₃s_3b+l₄s_3c+l₅w_d；

其中w为电流误差信号；w_d1为电流误差超前信号；w_d为电流误差超前滤波信号；s_3a为电流误差非线性信号；s_3c为电流误差非线性积分信号；s_3b为电流误差超前滤波非线性信号；s₃为电流非线性滑模信号；u为舵机的电流控制信号；ε₃、l₁、l₂、l₃、l₄、l₅、l₆、l₇、l₈为常值参数。