[发明专利]多输入多输出非线性系统的线性自抗扰控制系统及其应用

说明书

本发明公开了一种多输入多输出非线性系统的线性自抗扰控制系统及其应用，多输入多输出非线性系统的线性自抗扰控制系统包括伺服驱动器和运动控制卡，伺服驱动器的输出端与非线性系统的电机相连接，伺服驱动器的输入端与运动控制卡相连接；所述运动控制卡包括自抗扰控制器和非线性系统的控制芯片电路，所述自抗扰控制器以软件形式写入所述控制芯片电路中；所述伺服驱动器中设有驱动芯片电路；控制芯片电路的输出端与驱动芯片电路的输入端对应连接，实现对电机的控制；自抗扰控制器采用基于动态逆的方法输出反馈控制率。本发明的线性自抗扰控制系统利用动态逆来求解控制率对总扰动进行补偿，从而解决了系统控制增益的不确定带来的控制器不稳定问题。

技术领域

本发明涉及机电伺服系统的控制器分析与设计技术领域，尤其涉及多输入多输出非线性系统的线性自抗扰控制系统及其应用。

背景技术

在许多工程应用中，控制目标(机器臂、轮船、车辆等)沿着某一期望路径运行是首要的，其次关心的是运行过程中对速度的要求.这种类型的应用问题被许多学者所描述,称之为输出机动(outputmaneuvering)控制问题。机动控制问题通常由几何任务和动态任务两部分组成.几何任务是受控目标到达并沿着期望路径(路径变量δ的函数)运行。动态任务是沿期望路径运行时还要满足的额外动态指标,如时间、速度、加速度等指标.而一般跟踪控制问题的路径变量δ都是时间t的函数,通常取为δ＝t,因此机动控制问题比一般的跟踪控制问题更加广泛。

现有的多输入多输出严反馈非线性控制系统的设计中，由于系统的控制增益是不断变化的，使得传统的线性自抗扰控制器中控制增益标称值的参数不易选取，会导致系统控制的不稳定，抗干扰能力较弱。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种多输入多输出非线性系统的线性自抗扰控制系统及其应用，通过广义比例积分观测器来估计系统的状态和总扰动，然后利用动态逆来求解控制率对总扰动进行补偿，从而解决了系统控制增益的不确定带来的控制器不稳定问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

多输入多输出非线性系统的线性自抗扰控制系统，其特征在于：包括伺服驱动器和运动控制卡，所述伺服驱动器的输出端与所述非线性系统的电机相连接，所述伺服驱动器的输入端与所述运动控制卡相连接；

所述运动控制卡包括自抗扰控制器和非线性系统的控制芯片电路，所述自抗扰控制器以软件形式写入所述控制芯片电路中；所述伺服驱动器中设有驱动芯片电路，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对应连接，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非线性系统的电机输入端对应连接；

所述自抗扰控制器采用基于动态逆的方法输出反馈控制率。

进一步的，所述多输入多输出非线性系统的动态方程为其中，是各子系统的状态；是非线性系统的控制输入，Ω_x，Ω_u分别为分别为子系统状态x和控制输入u所取范围的集合，且Ω_x，Ω_u分别包含其原点；

所述非线性系统的可测量输出为示系统受到的外部扰动；表示总的系统状态，包含各子系统x_i的状态以及各子系统相互耦合的状态， n＝n₁+n₂+…n_m为系统的总阶数，i∈(1，2，…，m)表示系统的耦合状态，包括外部扰动和内部不确定性的总和； i，j∈{1，2，…m}表示系统的控制增益；

令则多输入多输出严反馈非线性系统的动态方程可以表示为