[发明专利]一种超声波电机反步自适应伺服控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电机控制器领域，特别是一种超声波电机反步自适应伺服控制方法。

背景技术

现有的超声波电机反步自适应伺服控制系统的设计中考虑了总集不确定项，而总集不确定项包含了驱动系统中出现的交叉耦合的扰动。为了改善跟随的控制效果，将比较复杂的非线性系统分解成不超过系统阶数的若干个子系统，之后在每个子系统当中设计部分的Lyapunov函数和中间虚拟控制量，然后一直反推，直到整个系统，最后本发明在将这些整合起来完成整个控制律的设计。从多种轨迹跟随的实作结果中，本发明发现系统在运动跟踪效果上有着显著的改善，且参数的变动、噪声、交叉耦合的干扰和摩擦力等因素几乎无法对于运动系统效果造成影响，故反步自适应控制系统能有效的增进系统的控制效能，并进一步减少系统对于不确定性的影响程度。因此电机的位置与速度控制可以获得较好的动态特性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种超声波电机反步自适应伺服控制方法，不仅控制准确度高，而且结构简单、紧凑，使用效果好。

本发明采用以下方案实现：一种超声波电机反步自适应伺服控制方法，包括基座以及设置在基座上的超声波电机，将所述超声波电机的一侧输出轴与光电编码器相连接，将所述超声波电机的另一侧输出轴与飞轮惯性负载相连接，将所述飞轮惯性负载的输出轴经联轴器与力矩传感器相连接，所述光电编码器的信号输出端、所述力矩传感器的信号输出端均连接至控制系统；使用反步控制方法对系统进行伺服控制，系统的鲁棒控制器以反步为调整函数，用反步控制器来控制所述超声波电机的电机转子的旋转角度。

进一步地，所述控制系统包括超声波电机驱动控制电路，所述超声波电机驱动控制电路包括控制芯片电路和驱动芯片电路，所述光电编码器的信号输出端与所述控制芯片电路的相应输入端相连接，所述控制芯片电路的输出端与所述驱动芯片电路的相应输入端相连接，用以驱动所述驱动芯片电路，所述驱动芯片电路的驱动频率调节信号输出端和驱动半桥电路调节信号输出端分别与所述超声波电机的相应输入端相连接；所述控制芯片电路中设置有反步自适应控制器。

进一步地，所述联轴器为弹性联轴器。

进一步地，所述超声波电机、光电编码器、力矩传感器分别经超声波电机固定支架、光电编码器固定支架、力矩传感器固定支架固定于所述基座上。

进一步地，所述反步控制器中的控制规律如下:

其中，v(t)表示虚拟中间过程变量的估计值，v₁(t)表示虚拟中间过程变量，表示虚拟中间过程变量的可变参数，表示系统状态变量除去最高阶以外其他阶次的系数矩阵导数，表示M(t)对时间的一阶导数，M(t)表示第n步时系统实际输出值与目标值之间的误差绝对值与时间乘积的比例，表示的估计值，c_n表示给定的大于0的参数，z_n表示第n步时系统实际输出值与目标值之间的误差，x_d表示控制系统需要跟踪的目标轨迹曲线，表示待设计的状态变量(设计方法如后所示)，η表示系统预设的参数，Γ表示系统预设的参数，Y表示系统状态变量去掉最高阶以外其他阶次的组合情况，γ表示给定的大于0的参数。

较佳的，为了更好地阐述本发明，以下更加具体地描述本发明的技术方案。

其中，所述超声波电机驱动系统的动态方程可以写为：

其中A_p＝-B/J,B_P＝J/K_t＞0,C_P＝-1/J；B为阻尼系数，J为转动惯量，K_t为电流因子，T_f(v)为摩擦阻力力矩，T_L为负载力矩，U(t)是电机的输出力矩，θ_r(t)为通过光电编码器测量得到的位置信号。

现在先假设系统的参数都是已知的，外力干扰、交叉耦合干扰和摩擦力都是不存在的，则电机的标准模型为下式所示：

其中A_n为A_p之标准值，B_n为B_P之标准值。

假如产生不确定项(如系统参数值偏离了标准值或是系统出现了外力干扰，交叉耦合干扰和摩擦力矩等)，此时控制系统的动态方程修改成：

其中C_n为C_P之标准值，ΔA，ΔB、ΔC代表微小变化量，D(t)为总集不确定项，定义为：