[发明专利]一种改进的电机位置伺服系统的自适应鲁棒控制方法

摘要

本发明公开了一种改进的电机位置伺服系统的自适应鲁棒控制(MARC)方法，基于传统的自适应鲁棒控制(ARC)方法，在其采用的直接参数自适应律中融入了自适应补偿机制，所得到改进的参数自适应律可使系统参数估计在滤波后的自适应回归函数满足一定条件的情况下以指数形式收敛到系统参数的真值。另外，改进的自适应鲁棒控制器可以保证系统在存在不确定性非线性的情况下获得一致最终有界的跟踪性能。所公开的控制方法有效地克服了传统的直接自适应鲁棒控制方法中参数自适应收敛效果差以及持续激励(PE)条件难以满足的问题，获得了更好的跟踪性能。

主权项

1.一种改进的电机位置伺服系统的自适应鲁棒控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立电机位置伺服系统的数学模型，具体如下：(1.1)所述电机位置伺服系统是通过配有商业电气驱动器的永磁直流电机直接驱动惯性负载，考虑到电磁时间常数比机械时间常数小得多，且电流环速度远大于速度环和位置环的响应速度，因此可忽略电流环动态；因此，根据牛顿第二定律，电机位置伺服系统的运动方程为：式(1)中m为惯性负载参数，k_f为力矩放大系数，B为粘性摩擦系数，A_f表征库伦摩擦的幅值，为已知的形状函数，是其他未建模干扰，y为惯性负载的位移，u为系统的控制输入，t为时间变量；(1.2)定义状态变量：则式(1)运动方程转化为状态方程：式(2)中，为系统的未知参数，可认为是系统总的干扰，包括外负载干扰、未建模摩擦、未建模动态，f(t,x₁,x₂)即为上述x₁表示惯性负载的位移，x₂表示惯性负载的速度；系统控制器的设计目标为：给定系统参考信号y_d(t)＝x_1d(t)，设计一个有界的控制输入u使系统输出y＝x₁尽可能地跟踪系统的参考信号；为便于控制器设计，假设如下：假设1：系统参考指令信号x_1d(t)是二阶连续可微的，且其各阶时间微分都是有界的，即存在ε_i＞0使得假设2：系统参数不确定性θ和总干扰d(x,t)的大小范围已知，即|d(x,t)|≤δ_d    (4)式中θ_min＝[θ_1min,θ_2min,θ_3min]^T,θ_max＝[θ_1max,θ_2max,θ_3max]^T为θ的已知上下界，δ_d为已知正数；步骤2，设计参数自适应补偿机制，步骤如下：针对式(2)中的第二个方程，设计状态预估器如下：式(5)为状态x₂的估计值，为θ的初始值，k_ω为正的增益；对回归矩阵进行滤波，且定义滤波后的回归矩阵为ω定义辅助变量ρ为式(7)中为状态估计误差，对式(7)求导并运用式(2)、(5)和(6)得设计自适应补偿器如下：式(9)中为参数θ的估计值，Γ为正定对角自适应增益矩阵，矩阵M和N定义如下：步骤3，设计改进的自适应鲁棒控制器；步骤4，分析所设计的改进的自适应鲁棒控制器的性能。