[发明专利]一种转台伺服系统的非奇异终端滑模指定性能控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种转台伺服系统的非奇异终端滑模指定性能控制方法，特别是带有输入和输出约束的转台伺服系统的拥有指定性能控制方法。

背景技术

转台伺服系统广泛应用于飞行控制、火力控制等各种领域。针对转台伺服系统的输出约束控制问题，存在很多控制方法，例如自适应控制，滑模控制，终端滑模控制等。传统的线性滑模控制方法能够保证被控系统跟踪误差的渐近收敛，即：理论上跟踪误差能够在无穷大的时间内收敛到平衡点。为了提高系统跟踪误差的收敛速度，一般在线性滑模的基础上增加非线性项，通过设计动态非线性滑模面实现系统的快速跟踪控制，称为终端滑模控制方法。该方法能够保证系统状态在指定时间内达到对期望状态的完全跟踪。然而，由于滑模面的设计中引入了分数指数项，终端滑模方法可能存在奇异值的问题以及当初始状态远离平衡点时收敛速度较慢的问题。利用非奇异终端滑模设计控制器可以避免奇异值问题。

实现指定性能控制的方法有很多，例如BLF(barrier Lyapunov function)控制，PPC(prescribed performance control)控制，和FC(funnel control)方法。BLF方法可以约束系统状态变量间接限制系统跟踪误差，但是方法中李雅普诺夫函数表达形式比较复杂，并需要保证函数可微。PPC使用新的误差变量保证系统指定的稳态误差，但是存在奇异值问题。FC提出一个与跟踪误差相关的虚拟控制变量，并将变量运用到非奇异终端滑模滑模控制中。

饱和非线性环节广泛存在于转台伺服系统、伺服电机系统以及其他工业工程领域。饱和的存在往往会导致降低系统性能，甚至会造成系统的不稳定。因此，为提高控制性能，针对饱和的补偿和控制方法必不可少。传统的饱和补偿方法一般是建立饱和的逆模型或近似逆模型，并通过估计饱和函数的上下界参数设计自适应控制器以补偿饱和的影响。然而，在转台伺服系统等非线性系统中，饱和的逆模型往往不易精确获得。对于系统中存在饱和输入，首先使用一个光滑函数进行逼近，然后基于微分中值定理经行优化，使其成为一个简单仿射形式，避免了附加补偿，从而可以用一个简单神经网络逼近未知函数和未知参数。

发明内容

为了克服现有转台伺服系统的无法避免死区附加补偿、不允许系统存在未知参数的不足，本发明提供一种转台伺服系统的非奇异终端滑模指定性能控制方法,结合输出限制，非奇异终端滑模和神经网络思想，设计控制器，实现系统指定性能跟踪。

为了解决上述技术问题提出的技术方案如下：

一种转台伺服系统的非奇异终端滑模指定性能控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

步骤1，建立转台伺服系统的动态模型，初始化系统状态、采样时间以及控制参数；

1.1转台伺服系统的机械动态模型可以描述为

mx··+f(x,t)+d(x,t)=k0v(u)y=x(t)---(1)]]>