[发明专利]一种具有测量延时输出的伺服电机的滑模控制方法

摘要

一种具有测量延时输出的伺服电机的滑模控制方法，它有五大步骤：步骤一：伺服电机系统模型分析及建模：步骤二：伺服电机系统延时观测器设计；步骤三：伺服电机的滑模控制设计；步骤四：跟踪性能检验与参数调节；步骤五：设计结束。本发明针对伺服电机系统，给出了一种基于延时观测器的滑模控制方法，用于控制伺服电机转角。采用这种控制不仅保证了闭环系统的稳定性，而且不需要速度传感器，解决了角位置传感器信号延时的问题，更方便在工程实践中应用。它在自动控制技术领域里具有较好的实用价值和广阔的应用前景。

主权项

1.一种具有测量延时输出的伺服电机的滑模控制方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：伺服电机系统模型分析及建模：伺服电机系统采用负反馈的控制结构，输出量为伺服电机系统转角；伺服电机系统传递函数描述如下：Gd(s)=Kms[JLds2+(JRd+f0Ld)s+(Rdf0+KeKm)]---(1)]]>其中：K_m表示伺服电机的力矩系数；J表示汽轮发电机功角初值；L_d表示伺服电机系统电枢绕组的电感；R_d表示伺服电机系统电枢绕组的电阻；f₀表示阻尼系数；K_e表示伺服电机系统反电势系数；为了便于设计，分别定义三个状态变量x₁、x₂、x₃如下：x₁＝θx₂＝ωx3=ω·]]>取z＝[x₁x₂x₃]这时(1)就可以写成z·(t)=Az(t)+Hu(t)---(2)]]>其中A=0100010-(Rdf0+KeKm)JLd-(JRd+f0Ld)JLd,]]>H=00KmJLdT]]>伺服电机输出表示为：其中C＝[100]，Δ为伺服电机角位置传感器的信号延时时间；如此处理的目的是将伺服电机系统化为状态方程的表达形式，便于下一步设计；步骤二：伺服电机系统延时观测器设计伺服电机系统的延时观测器采用如式(3)形式其中是对z＝[x₁x₂x₃]的观测值，K＝[k₁k₂k₃]A-KC满足Hurwitz条件，即A-KC的特征根实部为负，则步骤三：伺服电机的滑模控制设计采用输出量即角度信号的单位负反馈控制结构，利用Matlab 7.0环境下的.m语言编程实现伺服电机转角滑模控制器的结构和功能，即控制器的输入信号是参考信号和步骤二中延时观测器的输出值；1)设定预定轨迹x_1d，与微分器的状态相减得到取滑模函数2)在上步的基础上取基于微分器的直接神经网络控制方法的控制器输出为u=JLdKm(-Ms+x···1d-c1e·^-c2e··^)+(Rdf0+KmKe)Kmx^2+(JRd+f0Ld)Kmx^3;]]>这里通过李雅普诺夫方法简要证明基于微分器的直接神经网络控制的稳定性，取e＝x₁-x_1d，设李雅普诺夫函数求得其中M＞0，是残差的齐次线性函数，从而得到伺服电机的基于延时观测器的滑模控制的渐进稳定性；步骤四：跟踪性能检验与参数调节这一步将检验系统性能是否满足设计要求，并且适当调节控制参数，借助于常用的数值计算和控制系统仿真工具Matlab 7.0进行；参数c₁、c₂、M、k₁，k₂，k₃为调节参数，若跟踪误差过大，不满足设计要求，则调节以上参数使控制算法满足要求；步骤五：设计结束整个设计过程重点考虑了三个方面的控制需求，分别为设计的简便性，闭环系统的稳定性，跟踪的快速精确性；围绕这三个方面，首先在上述第一步中确定了闭环控制系统的具体构成；第二步中重点给出了伺服电机系统延时观测器设计方法；第三步给出了滑模控制方法；第四步中介绍了用以提高跟踪性能的参数调节方法；经上述各步骤后，设计结束。