[发明专利]一种求取用于压电舵机的广义内模控制器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及压电舵机控制领域，具体而言涉及一种求取用于压电舵机的广义内模控制器的方法。

背景技术

20世纪80年代以来，随着智能材料和智能结构的发展，关于智能材料和结构的研究逐渐形成了一个材料、机械和控制等学科交叉相关的研究领域。智能材料和结构具有精度高、体积小、可靠性高和功耗低等特点，被广泛应用于超精密定位、飞机机翼的精密调节、激光微加工以及微振动结构的主动振动控制，从而为医疗、能源、交通、建筑以及航空航天等领域的微位移定位和振动控制问题的解决打开了一个全新的研究领域，是我国中长期科学发展规划中的重点研究领域之一。

目前常用的智能材料主要有压电材料(Piezoelectric Material，PM)、超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material，GMM)、形状记忆合金(Shape Memory Alloy，SMA)、电致伸缩材料(Electrostrictive)以及电活化聚合体等，他们在微尺度上表现出磁、电、热和力场中的耦合特性，利用这种耦合特性可以将它们设计为传感器或作动器。工程中常用的压电材料有压电陶瓷作动器(Piezoceramic Actuator，PA)和压电纤维材料(Macro Fiber Composite，MFC)等。与多数智能材料相同的是压电材料在输入输出关系上也存在复杂的迟滞非线性特性，压电材料是电压和位移之间存在着迟滞非线性特性，超磁致伸缩材料和形状记忆合金则分别在电流和位移之间，温度和位移之间出现类似的迟滞特性。广泛存在于智能材料中的迟滞特性不仅会影响智能结构的控制精度，甚至还会影响系统的稳定性，造成极限环振荡。这种复杂的迟滞非线性不同于传统控制系统中常见的非线性环节，采用传统的建模、控制方法通常不能获得预期的效果，这对其建模和控制提出了一定的挑战，因此研究迟滞系统建模及消除迟滞非线性带来影响的控制方法成为智能材料与结构研究领域的发展趋势之一。

舵机是飞行控制系统的重要组成部分。传统的电动舵机由伺服电机、减速机构以及相应的驱动控制电路组成，受伺服电机的限制，有响应慢、功耗大以及造价高的缺点。压电致动器是近年来发展起来的新型电动执行元件，它利用压电材料的逆压电效应将电能转化为机械能。一些压电舵机采用压电致动器作为执行元件。由于上述迟滞特性等非线性原因，使得对压电材料的普通控制，例如PID 等，无法达到应有的精度。

在很多工业应用领域中，尤其是价格昂贵的工业设备，当出现一些系统误差或外界干扰时使该设备仍然能够保持良好的性能是至关重要的。因此，在控制上使用反馈控制的最根本的目的就是当出现外部干扰和模型不确定时，系统仍然能够获得理想的性能。众所周知，在标准的反馈控制结构中，系统的性能和鲁棒性之间存在着内在的、本质的矛盾。换句话说，我们必须在所需性能和抗干扰的鲁棒性之间进行权衡。在过去的二十多年中，H_∞控制、μ分析等鲁棒控制方法得到了广泛的发展，但遗憾的是，使用这些方法进行鲁棒控制器的设计都是以损失性能为代价的。其实不难理解，大多数的鲁棒控制设计技术都是以最坏的假设为前提而设计的，但往往在具体的控制系统中，这种最坏的情况几乎不会发生。

发明内容

为了解决上述现有技术中传统反馈结构中性能与鲁棒性之间的矛盾，提供了一种求取用于压电舵机的广义内模控制器的方法，包括如下步骤：

S110、基于标准反馈系统，所述标准反馈系统包括逆补偿后的压电舵机模型G和控制器K，根据标称模型G₀和性能指标设计控制器K₀；

S120、将所述标称模型G₀进行左右互质分解为：将所述控制器K₀进行左右互质分解为：其中，上述为子控制模块；根据内稳定控制器参数化得到控制器将上述Q子控制模块引入到上述标准反馈系统中，并进行等效稳定性节点移动形成等效控制模型，所述等效控制模型描述如下：输出y与参考输入r做差输入到子控制模块，输出y输入到子控制模块，子控制模块Q的输出与子控制模块的输出做和输入到所述子控制模块，子控制模块的输出输入到逆补偿后的电舵机模型G和子控制模块，所述子控制模块的输出与子控制模块做差输入到子控制模块Q，其中

S130、根据被控对象的模型不确定性，外部扰动设计反馈控制器K满足系统鲁棒性要求；

S140、根据能使闭环系统内稳定的控制器K，可以表示为反解出