[发明专利]一种基于扩张状态观测器的伺服系统区域跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种基于扩张状态观测器的伺服系统区域跟踪控制方法，目的是在提升伺服系统跟踪误差的瞬态和稳态性能的同时，提高系统的主动抗扰能力。包括如下步骤：设定伺服系统的期望信号和误差区域。根据伺服系统输出位置计算位置估计误差，根据位置估计误差计算和更新变增益项。以伺服系统中总的未知非线性构建扩张状态，结合变增益项，构建变增益扩张状态观测器。由变增益扩张状态观测器获得伺服系统中未知速度和未知非线性的估计值，结合伺服系统的期望信号计算综合跟踪误差；利用综合跟踪误差、误差区域和带有约束的中间控制量，构建非光滑区域跟踪控制器用于计算输入转矩控制值，发送输入转矩控制值至伺服系统，实现对伺服系统的控制。

技术领域

本发明涉及机电控制领域，具体设计一种基于扩张状态观测器的伺服系统区域跟踪控制方法。

背景技术

在伺服系统的实际跟踪控制中，未建模动态、外部干扰和量测噪声等不确定性降低了跟踪的效果，而量测噪声等还会造成速度信号难以准确获取的问题，因此有必要设计一种主动抗扰机制来实时估计并补偿这类不确定性。另一方面，针对越来越复杂的工作环境，在提升伺服系统抗扰能力的同时有必要保证伺服系统跟踪误差在一个期望区域内。

在主动抗扰方法的研究中，基于神经网络的在线估计与补偿方法需要在线学习大量的参数,不利于工程应用；现有的基于观测器的在线估计与补偿方法通常没有考虑观测器在启动阶段的瞬态性能。在保证伺服系统跟踪性能方面的研究中，模型预测控制计算量过于庞大；基于反步法或动态面的预设性能控制通常需要已知伺服系统的速度信号，而这一信号难以从被噪声等不确定性污染的位置信号中直接获得。此外，在将伺服系统跟踪误差约束在一个期望区域的同时，有必要进一步提升跟踪性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于扩张状态观测器的伺服系统区域跟踪控制方法，目的是在提升伺服系统跟踪误差的瞬态和稳态性能的同时，提高系统的主动抗扰能力。

为达到上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

S1、设定伺服系统的期望信号和误差区域，期望信号包括期望位置、期望速度以及期望加速度。

S2、获取伺服系统的当前输入转矩以及当前输出端位置，根据伺服系统输出位置计算位置估计误差，根据位置估计误差计算和更新变增益项。

S3、以伺服系统中总的未知非线性构建扩张状态，结合变增益项，构建变增益扩张状态观测器。

S4、由变增益扩张状态观测器获得伺服系统中未知速度和未知非线性的估计值，结合伺服系统的期望信号计算综合跟踪误差；

S5、利用综合跟踪误差、误差区域和带有约束的中间控制量，构建非光滑区域跟踪控制器用于计算输入转矩控制值，使得伺服系统跟踪误差始终在误差区域之内。

S6、发送输入转矩控制值至伺服系统，实现对伺服系统的控制。

进一步地，设定伺服系统的期望信号和误差区域，具体为：

包括设定伺服系统的期望位置为y_d、期望速度为期望加速度为综合跟踪误差e_s(t)的预设区域为-F_s(t)＜e_s＜F_s(t)，F_s(t)为综合跟踪误差e_s(t)的预设区域边界的幅值。

进一步地，获取伺服系统的当前输入转矩以及当前输出端位置，具体为：

通过传感器获取伺服系统的当前输入转矩τ、输出端位置y。

进一步地，S2中，根据伺服系统输出位置计算位置估计误差，根据位置估计误差计算和更新变增益项，具体为：