[发明专利]直线电机系统故障与未知扰动补偿方法

权利要求书

1.直线电机系统故障与未知扰动补偿方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一、建立直线电机运动学模型；

步骤二、基于步骤一建立的直线电机运动学模型，得到考虑未知外部扰动和执行器故障的直线电机运动学模型，根据考虑未知外部扰动和执行器故障的直线电机运动学模型，建立直线电机跟踪误差动态系统；

步骤三、针对直线电机跟踪误差动态系统和设定的直线电机系统故障和未知外部扰动表达式，构建迭代学习观测器；

迭代学习观测器为：

式中，中间变量m为运动台的质量，表示速度跟踪误差e_v(t)的估计值的一阶导数，k_f表示放大器增益，u(t)表示控制器输入，k_c为库伦摩擦系数，k_v为粘性摩擦系数，v(t)为直线电机的速度，v_r(t)为需要跟踪的速度信号，h(t)为直线电机系统的非线性，sgn(·)为符号函数，τ为系统采样时间，为速度跟踪误差e_v(t)的估计值，L_f、为观测器增益，F(t)为直线电机系统故障和未知外部扰动，为F(t)的估计值；

步骤四、设计观测器增益，得到迭代学习观测器中的系统故障信号和未知外部扰动的估计值；

步骤五、基于步骤四得到的系统故障信号和未知外部扰动的估计值，设计鲁棒容错控制器；

步骤一中，直线电机运动学模型，表示为：

式中，p(t)为直线电机的绝对位置，v(t)为直线电机的速度，和分别表示p(t)和v(t)的一阶导数，g(v)为非线性项，k_m表示由负载质量引起的增益变化；

考虑未知外部扰动和执行器故障的直线电机运动学模型为：

式中，u_f(t)表示执行器偏置故障，d(t)为外部未知扰动；

步骤二中，建立直线电机跟踪误差动态系统的过程为：

设定位置跟踪误差e_p(t)和速度跟踪误差e_v(t)分别为：

式中，p_r(t)为精密运动平台直线电机需要跟踪的位置信号，v_r(t)为需要跟踪的速度信号；

根据公式3和公式4，得到的直线电机跟踪误差动态系统为：

式中，和分别表示位置跟踪误差e_p(t)和速度跟踪误差e_v(t)的一阶导数；

步骤三的具体过程为：

根据直线电机跟踪误差动态系统和设定的直线电机系统故障信号和未知外部扰动表达式，设计迭代学习观测器和设定直线电机系统故障信号和未知外部扰动估计误差的表达式；

步骤四的具体过程为：

步骤四一、根据李雅普诺夫函数、直线电机系统故障信号和未知外部扰动估计误差的表达式、有关直线电机系统故障信号和未知外部扰动估计误差的不等式，得到李雅普诺夫函数不等式；

步骤四二、设定李雅普诺夫函数不等式中的观测器增益，根据观测器增益和迭代学习观测器，得到直线电机系统故障信号和未知外部扰动估计误差；

步骤四三、根据直线电机系统故障信号和未知外部扰动估计误差，得到直线电机系统故障和未知外部扰动的估计值；

步骤五中，鲁棒容错控制器为：

式中，u_t(t)为容错控制器控制信号，u_c(t)为名义控制信号。

2.根据权利要求1所述的直线电机系统故障与未知扰动补偿方法，其特征在于，步骤三中，设定的直线电机系统故障信号和未知外部扰动表达式：

F(t)＝k_fu_f(t)-d(t) 公式6，

其中，F(t)为直线电机系统故障和未知外部扰动。

3.根据权利要求2所述的直线电机系统故障与未知扰动补偿方法，其特征在于，步骤四一中，设定直线电机系统故障信号和未知外部扰动估计误差的表达式为：

其中，设定设定辅助变量e_τ(t)为e_τ(t)＝F(t)-N_f1F(t-τ)，则估计误差表示为：

公式7变换为：