[发明专利]伺服系统的主动容错控制方法

说明书

本发明涉及一种伺服系统的主动容错控制方法，包括：步骤1，将电机伺服系统建模为带有未知输入和执行器故障的线性模型；步骤2，设计鲁棒故障估计器，估计系统故障；步骤3，根据所述估计的系统故障设计输出反馈容错控制器。根据本发明的伺服系统的主动容错控制方法，通过故障估计器得到系统的故障信息，使得电机伺服系统能够根据故障情况来对控制器的参数和结构重新调整从而保证故障后系统的稳定性，实现对发生的故障进行主动处理，具有很高的灵活性。

技术领域

本发明涉及机电控制技术领域，具体而言，涉及一种伺服系统的主动容错控制方法。

背景技术

伺服电机作为现代工业的主要能源动力设备，广泛地应用在生活中的各个领域，如机床、印刷、安防和通信等。随着科学技术的不断进步和发展，伺服控制系统的复杂程度变得越来越高。一些大型的伺服控制系统，如火炮位置伺服系统、雷达天线的主动跟踪系统、航空炮塔伺服系统等，由于工作环境和工作条件的特殊性，一旦发生故障，便会造成巨大的财产损失和人员伤亡，甚至导致整个系统的瘫痪。因此，现代工业领域和军事领域对伺服控制系统的安全性、可靠性和可用性提出了更高的要求。为了改进伺服控制系统的安全性和可靠性，传统的方法主要集中于如何增进系统的鲁棒性。然而，大量的实践表明即便如此，系统运行过程中仍不可避免故障的发生。因此，有效地减少故障对系统带来的影响是非常重要的。

容错控制技术是一种提高系统安全性和可靠性的非常重要方法。容错控制思想起源于Niederlinski于1971年提出的完整性控制，是指如果系统的执行器、传感器或者其他元部件发生故障时，系统仍然稳定而且具有较理想的特性。容错控制可以分为被动容错控制和主动容错控制。被动容错控制是指在不改变控制器结构和参数的条件下，利用鲁棒技术使系统对某些故障具有不敏感性。主动容错控制是指系统在故障发生后根据故障情况来对控制器的参数和结构重新调整从而保证故障后系统的稳定性，它能够实现对发生的故障进行主动处理，具有很高的灵活性。

发明内容

本发明旨在提供一种提高鲁棒性的伺服系统的主动容错控制方法。

为了达到上述目的，本发明提供了伺服系统的主动容错控制方法，步骤包括步骤1，将电机伺服系统建模为带有未知输入和执行器故障的线性模型；步骤2，设计鲁棒故障估计器，估计系统故障；步骤3，根据估计的系统故障建立输出反馈容错控制器。

进一步地，步骤11，建立电机伺服系统的动力学模型：

其中，U是电压，R是定子电阻，I是定子电流，L是定子电感，θ_m是电机转角，是电机转速，J_m是电机转动惯量，θ_d是负载转角，是负载转速，J_d表示负载转动惯量，C_e是反电动势系数，K_d是电磁力矩系数，b_m是等效粘性阻尼系数，i_m是传动比，k是刚度系数；步骤12，令x₁＝i，x₂＝θ_m，x₄＝θ_d，u＝U，将动力学模型转化为以下状态空间表达式：

其中，x(t)是状态向量，u(t)是输入向量，y(t)是输出向量，

步骤13，假设w(t)为未知输入向量，f(t)为执行器故障，得到故障系统模型为：

其中，E_w是已知的适维矩阵，E_f是故障矩阵表示执行器故障对系统的影响。

进一步地，步骤21，设计基于观测器的鲁棒故障估计器，状态空间方程如下：