[发明专利]一种基于鲁棒自适应算法的转台伺服系统辨识方法

权利要求书

1.一种基于鲁棒自适应算法的转台伺服系统辨识方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

步骤1，建立转台伺服系统的动力学模型

转台伺服系统包括伺服电机、斜齿轮、转动平台和负载，通过控制伺服电机的运动来带动斜齿轮的运转，从而驱动转动平台以不同角度和速度进行运动，分析伺服电机系统的结构和工作原理，根据物理定律建立转台伺服系统的数学模型表达式如下：

式中，J,T_m,T_l,T_f分别代表电机的转动惯量，扭矩，有效载荷和摩擦力大小；K_E,L_a,R_a,I_a,u分别表示反电动势系数，电感，电阻，电枢电流和输入；q,代表电机的位置和角速度；K_T表示机电常数；

步骤2，转台伺服系统的辨识模型

为了描述伺服系统的动态特性，将式(1)简化为状态方程的形式如下：

式中，K₁＝K_T/R_a,K₂＝K_TK_E/R_a,T_f＝T_csgn(x₂)+Bx₂

为了后续实验平台的辨识，利用离散化方法对式(2)进行离散化处理，获得离散形式的回归辨识模型如下：

θ＝[1,θ₁,θ₂,θ₃,θ₄]^T＝[1,K₂/J,K₁/J,T_c/J,B/J]^T (5)

式中，θ分别表示观测向量和参数向量；

步骤3，辨识算法的设计和参数辨识

从式(3)～(5)中可知，噪声信息和系统信息存在于观测向量和系统输出中，利用滤波器对这两个变量进行预处理操作，从而降低噪声对转台伺服系统的不利影响；设计滤波器的学习速率ρ对收集到的辨识数据进行预处理，此滤波器仅有一个学习速率参数需要调节，

定义滤波量y_filter(t)和它们的表达式为

式中，代表自适应滤波器的输出，ρ代表学习速率；

滤波器的设计是根据滤波量之间的误差信息设计的，根据滤波量误差实时调节滤波性能；

根据式(6)和(7)，为获得后续的估计误差信息，定义两个强制量V(t),W(t)

y_tf＝[y_filter(1),…,y_filter(M)] (10)

式中，α(t)表示自适应衰减因子，它的表达式为：其中ε,β是正整数，即ε＞0,β＞0；η是传统的常值衰减因子，M为数据长度；

利用自适应衰减因子，在辨识开始阶段设置较大的权重系数，在后期阶段设定较小的权重系数来自适应修改新数据，避免参数剧烈波动，改善参数辨识性能；

定义广义参数估计误差量表达式如下

式中，估计误差

为获得参数更新表达式，设计成本函数；通过对成本函数求极值，获得参数更新表达式，设计目标函数定义如下：

式中，Ξ＝1/(δI+V(i)^TV(i)),δ＞0，1≤i≤Ω，Ω表示为当前时刻值；Λ为对角矩阵；

根据式(13),通过J对参数向量θ求极值，得参数更新率表达式如下：

式中，Δ(t)为修正增益，增益为变化的值，按照系统信息实时变化，提高修正能力，改善修正项性能；

步骤4，模型验证

基于辨识算法获得参数值θ₁,θ₂,θ₃,θ₄，基于步骤3和θ₁,θ₂,θ₃,θ₄，建立转台伺服系统的估计模型，选取基于预测误差方法设计的辨识方法作为对比方法，对估计模型进行模型验证。