[发明专利]考虑状态约束的电机伺服系统自抗扰控制方法

说明书

本发明提供了一种考虑状态约束的电机伺服系统自抗扰控制方法，包括以下步骤：步骤1，建立电机位置伺服系统模型；步骤2，设计考虑状态约束的电机伺服系统自抗扰控制器；步骤3，调节考虑状态约束的电机伺服系统自抗扰控制律的参数使系统满足控制性能指标。

技术领域

本发明涉及一种控制方法，特别是一种考虑状态约束的电机伺服系统自抗扰控制方法。

背景技术

因为在工业中的广泛应用，随着现代工业的发展，电机系统的高性能控制已经面临较大的市场需求。然而，为伺服系统设计高性能的控制器并不容易，由于工作状况变动、外部干扰以及建模误差的缘故，实际工业过程的精确模型很难得到，而系统的各种故障也将导致模型的不确定性，也就是说模型的不确定性在控制系统中广泛存在。这些不确定性因素可能会严重恶化能够取得的控制性能，从而导致低控制精度，极限环震荡，甚至不稳定性。对于已知的非线性，可以通过反馈线性化技术处理。但是，无论动态非线性识别的如何准确的数学模型，都不可能得到实际非线性系统的整个非线性行为，进而进行完美的补偿。始终存在着不能够用明确的函数来模拟的未建模非线性。

为了降低系统不确定性对控制性能的影响，很多研究人员设计了鲁棒控制器，通过增大反馈增益抑制系统不确定性的影响，提高系统控制精度。然而，这样就很有可能产生高反馈增益。为了降低系统反馈增益，一些研究人员设计了滑模变结构控制、鲁棒自适应控制、自适应鲁棒以及基于干扰估计补偿的控制策略。然而，所有这些方法都是基于对设计控制器的全状态反馈，也就是说，在运动控制中，设计者不仅需要知道信号的位置，还要知道速度和/或加速度信号。然而，在许多实际系统中，由于机械结构、尺寸、重量和成本等因素的限制，往往只有位置信息是已知的。此外，即使速度和加速度信号可以得到，也有严重的测量噪声，这可能严重恶化可实现的全状态反馈控制器的性能。这些问题导致PID控制在机电控制领域仍处于主导地位。然而，在现代工业的新要求下，PID控制越来越难以满足高性能要求。因此，迫切需要设计非线性输出反馈控制策略。此外，系统的状态约束问题也没有得到考虑，而事实上，许多实际系统受到的约束的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑状态约束的电机伺服系统自抗扰控制方法，以解决电机位置伺服系统中不确定性和状态约束问题。

实现本发明目的的技术方案为：一种考虑状态约束的电机伺服系统自抗扰控制方法，包括以下步骤：

步骤1，建立电机位置伺服系统模型；

步骤2，设计考虑状态约束的电机伺服系统自抗扰控制器

步骤3，调节考虑状态约束的电机伺服系统自抗扰控制律的参数使系统满足控制性能指标。

采用上述方法，步骤1的具体过程在于：

步骤1.1，建立电机惯性负载的动力学模型方程为：

式中，y表示角位移，m表示惯性负载，k_f表示扭矩常数，u是系统控制输入，b代表粘性摩擦系数，f代表其他未建模干扰；

步骤1.2，定义状态变量则整个电机位置伺服系统可写成如下状态空间形式：

式中，x＝[x₁,x₂]^T表示位置和速度的状态向量；

步骤1.3，定义未知参数集θ＝[θ₁,θ₂]^T，其中θ₁＝k_f/m，θ₂＝b/m，表示集中干扰；定义以下假设，且假设总是成立：

假设1：结构不确定性θ满足：