[发明专利]一种超声波电机混沌控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及超声波电机，尤其涉及超声波电机的驱动控制技术领域。

背景技术

超声波电机(USM)是一种新型的运动控制执行元件，具有不同于传统电磁电机的工作原理与结构。USM的特点使其在高端及普通运动控制领域都有着广泛的应用前景。

超声波电机转速控制系统在一定的参数范围内会出现混沌行为，从而影响超声波电机的稳定运行。为了抑制超声波电机转速控制系统中的混沌行为，需要进行混沌控制。延时反馈控制方法结构简单，易于实现，是传统电磁电机常用的混沌控制方法，关于延时反馈控制方法，属于现有成熟技术，在此不再赘述。将延时反馈控制方法用于超声波电机转速控制系统的混沌控制时，由于超声波电机不同于传统电磁电机的非线性特征及更为复杂的混沌特性，现有的延时反馈控制方法不易得到良好效果。

延迟时间τ是延时反馈控制中最重要的一个控制参数，其取值直接决定混沌控制的效果。通常有两种方法确定延迟时间τ，一是使τ等于第i个不稳定周期轨道(UPO)的周期，二是使τ等于输出信号两个极大值之间的时间间隔。这两种方法在选择延迟时间τ时，只是令延迟时间τ接近或等于某个周期值，而没考虑周期值邻域以外的取值，故两种方法所确定的τ可能不是最佳延迟时间；而且，由于超声波电机明显的时变非线性及强耦合特性，这个“最佳延迟时间”也会是变化的。如果能够在线调整τ的取值，可能得到更适用于超声波电机这类复杂非线性对象的延时反馈混沌控制策略。

基于上述构思，本发明给出了基于模糊逻辑的延时反馈混沌控制器，其延迟时间通过模糊逻辑推理来在线自适应调节。验证结果表明，该方法既有效地减小了电机转速和驱动电压的振荡幅值，又明显缩短了从混沌到周期或固定点的过渡过程时间。

发明内容

本发明的目的是提出一种新颖的超声波电机混沌控制方案及具体系统，用以提高超声波电机混沌控制的有效性和可靠性。

为实现上述目的，本发明的系统方案是：一种超声波电机混沌控制系统，包括电压-转速控制器、频率转速控制器和混沌控制器，混沌控制器为采用延时反馈控制方法的混沌控制器，以电机驱动电压幅值为输入，输出作为施加于电压-转速控制器输入端的扰动信号，所述混沌控制器中还设有一个用于在线调节延迟时间的模糊调节器。

所述模糊调节器为双输入单输出的模糊调节器，输入变量为电机驱动电压幅值的延迟变化量e＝u(t-T)-u(t)及其导数ec；其中，u(t)和u(t-T)分别为t、t-T时刻的驱动电压幅值；模糊调节器输出变量为延迟时间的增量值ΔT，经积分环节得到延迟时间；延迟时间初值取为0。

所述模糊调节器的模糊规则的基本原则如下：1)如果e和ec均为0，则保持目前控制量不变，即Δτ＝0；2)如果e不为零，但却以理想的速度接近零，保持目前控制量不变，即Δτ＝0；3)如果e为正值，ec为正值，说明e逐渐远离0，延迟时间τ的取值偏大，控制器输出Δτ＜0；4)如果e为负值，ec为负值，说明e逐渐远离0，延迟时间τ的取值偏小，控制器输出Δτ＞0。

本发明的方法方案是：一种混沌控制方法，对基于延时反馈的混沌控制方法，通过模糊逻辑推理来在线自适应调节混沌控制的延迟时间；根据模糊规则的基本原则，得到初始模糊规则表；然后对模糊规则、量化因子及历史函数进行调整。

模糊调节输入变量为电机驱动电压幅值的延迟变化量e＝u(t-T)-u(t)及其导数ec；其中，u(t)和u(t-T)分别为t、t-T时刻的驱动电压幅值；模糊调节输出变量为延迟时间的增量值ΔT，经积分环节得到延迟时间；延迟时间初值取为0。

所述模糊调节器的模糊规则的基本原则如下：1)如果e和ec均为0，则保持目前控制量不变，即Δτ＝0；2)如果e不为零，但却以理想的速度接近零，保持目前控制量不变，即Δτ＝0；3)如果e为正值，ec为正值，说明e逐渐远离0，延迟时间τ的取值偏大，控制器输出Δτ＜0；4)如果e为负值，ec为负值，说明e逐渐远离0，延迟时间τ的取值偏小，控制器输出Δτ＞0。