[发明专利]一种用于滚珠丝杠进给系统的抗扰跟随控制器

权利要求书

1.一种滚珠丝杠进给系统的抗扰跟随控制器，其特征在于，所述控制器包括等效误差模型前馈控制器(1)、负载位置控制器(2)、电机位置状态观测器(3)、电机位置控制器(4)和摩擦补偿控制器(5)：

所述的等效误差模型前馈控制器(1)利用负载参考位置x_r和等效误差模型G_e得到误差前馈补偿指令x_fe，并与负载参考位置x_r相加形成新的负载位置指令x_rl；

所述的负载位置控制器(2)利用负载位置指令x_rl与负载实际误差e的比例积分值x_se之和通过电机位置指令生成器G_r，再加上负载实际误差的比例值x_pe得到电机位置指令信号x_mr；

所述的电机位置状态观测器(3)利用输入电机控制量u和电机的等效直线位置x_M,评估得到电机等效直线位置的评估值Z₁、电机等效直线速度的评估值Z₂以及电机位置反馈环的总扰动Z₃；

所述的电机位置控制器(4)利用电机位置指令信号x_mr经过微分处理(4.3)产生电机速度指令信号，并与线性扩张状态观测器LESO(3.1)得到的电机等效直线速度的评估值Z₂相减得到电机速度误差信号e_M2；利用电机位置指令信号x_mr减去线性扩张状态观测器LESO(3.1)得到的电机等效直线位置的评估值Z₁得到电机位置误差信号e_M1，进而设计线性反馈率得到电机位置的控制信号u₀；

所述摩擦补偿控制器(5)利用负载参考位置的微分v_r和摩擦力模型f(v)得到摩擦力补偿量f。

2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠进给系统的抗扰跟随控制器，其特征在于，所述的电机位置状态观测器(3)通过线性扩张状态观测器LESO(3.1)利用输入电机控制量u和电机的等效直线位置x_M,评估得到电机等效直线位置的评估值Z₁、电机等效直线速度的评估值Z₂以及电机位置反馈环的总扰动Z₃，其算法如下：

式中，b0表示电机位置反馈环中被控对象的控制增益，β₁,β₂,β₃为观测器的增益，通过合适的选择，使得Z₁→x_M，利用极点配置的方法，把状态观测器的极点都配置在-ω_M0处。

3.根据权利要求2所述的滚珠丝杠进给系统的抗扰跟随控制器，其特征在于，所述的电机位置控制器(4)利用电机位置指令信号x_mr经过微分处理(4.3)产生电机速度指令信号，并与线性扩张状态观测器LESO(3.1)得到的电机等效直线速度的评估值Z₂相减得到电机速度误差信号e_M2；利用电机位置指令信号x_mr减去线性扩张状态观测器LESO(3.1)得到的电机等效直线位置的评估值Z₁得到电机位置误差信号e_M1，进而设计线性反馈率得到电机位置的控制信号u₀；电机位置的控制信号u₀减去线性扩张状态观测器LESO(3.1)得到电机位置反馈环的总扰动Z₃，并经过具有参数化放大系统1/b₀的比例放大环节得到输入电机的控制量u，其中线性反馈率算法如下：

u₀＝K_pe_M1+K_de_M2

式中，K_p,K_d表示控制器增益，利用极点配置的方法，将控制器的所有极点配置在-ω_Mc，故K_d＝2ζω_Mc，其中ω_Mc表示控制器带宽，ζ表示阻尼比。