[发明专利]输入饱和条件下超声波电机伺服自适应控制系统及方法

说明书

发明涉及一种输入饱和条件下超声波电机伺服自适应控制系统及方法，该系统包括基座、设于基座上的用于固定超声波电机的超声波电机固定架，超声波电机一侧输出轴与光电编码器相连接，另一侧输出轴与飞轮惯性负载相连接；飞轮惯性负载的输出轴经联轴器与力矩传感器相连接；光电编码器的信号输出端、力矩传感器的信号输出端分别接至控制系统。该控制系统由反步控制器和电机组成，整个控制器的系统建立在反步计算的基础上，从而能获得更好的控制效能。本发明所提出的一种输入饱和条件下超声波电机伺服自适应控制系统及方法，不仅控制准确度高，而且结构简单、紧凑，使用效果好。

技术领域

本发明电机控制器领域，特别是一种输入饱和条件下超声波电机伺服自适应控制系统及方法。

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有一个不连续函数sgn(z_n)参与控制,这可能会导致颤振。为了避免这种情况,我们现在提出改进的反步自适应控制方案。此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

本发明的目的在于提供一种输入饱和条件下超声波电机伺服自适应控制系统及方法，以克服现有技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种输入饱和条件下超声波电机伺服自适应控制系统，包括一基座、设于基座上的用于固定一超声波电机的超声波电机固定架，所述超声波电机一侧输出轴与一光电编码器相连接，另一侧输出轴与一飞轮惯性负载相连接；所述飞轮惯性负载的输出轴经一联轴器与一力矩传感器相连接；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分别接至一控制系统。

在本发明一实施例中，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输入端相连接，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输入端相连接。

还提供一种输入饱和条件下超声波电机伺服自适应控制方法，所述控制器系统采用反步控制的控制方式，通过构建反步控制器，控制所述超声波电机的电机转子旋转角度，再通过计算转子的旋转角度控制所述超声波电机的速度；并通过李亚普诺夫稳定性定理构建用于表征反步控制参数强健性学习法则的李亚普诺夫函数。

在本发明一实施例中，所述超声波电机的驱动系统的动态方程为：

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；

记系统的参数均已知，外力干扰、交叉耦合干扰和摩擦力均为零，则电机的标准模型为：

其中，A_n为A_p的标准值，B_n为B_P的标准值；

若产生不确定项，则系统的动态方程为：

其中，C_n为C_P的标准值，ΔA，ΔB、ΔC为微小变化量，D(t)为总集不确定项，并记为：

令所述总集不确定项的边界为已知，|D(t)|≤ρ，ρ为预设正常数项；