[发明专利]一种基于误差镇定和有限时间参数辨识的机电伺服系统摩擦补偿控制方法

摘要

一种基于误差镇定和有限时间参数辨识的机电伺服系统摩擦补偿控制方法，包括：建立机电伺服系统和摩擦模型，初始化系统状态及控制参数；设计有限时间参数辨识方法，在线估计未知的摩擦模型参数；基于估计的模型参数，设计基于误差镇定的跟踪控制器。本发明所设计的补偿控制方案对含有不确定摩擦参数的机电伺服系统具有较好的跟踪控制效果，能够精确实现未知参数的在线估计，提高机电伺服系统的跟踪控制性能。

主权项

1.一种基于误差镇定和有限时间参数辨识的机电伺服系统摩擦补偿控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1,建立机电伺服系统和摩擦模型，初始化系统状态及控制参数，过程如下：1.1,机电伺服系统模型表示如下：其中，x1，x2为系统状态，分别表示电机的位置和转速；J表示系统的转动惯量；u是系统的控制输入；F表示系统摩擦力；1.2,摩擦模型采用Stribeck模型，表示如下：其中，F(x2)是对应于不同电机转速的摩擦力大小；Fe是外部力矩；Fs和Fc分别表示最大静摩擦力矩和库伦摩擦力矩；ωs表示Stribeck角速度；B表示粘性系数；sign(·)是符号函数；步骤2,摩擦模型参数的有限时间辨识设计，过程如下：2.1,将式(3)代入式(1)得：式(4)中第二式重新写成如下形式：定义x＝x₂，θ＝[F_c F_s B]^T，则式(5)写成如下形式：2.2,对x，g1和g2进行滤波操作得：其中，xf，g1f，g2f分别是x，g1，g2滤波后的变量；k滤波调节参数；xf(0)＝0，g1f(0)＝0，g2f(0)＝0分别是xf，g1f，g2f的初值；由式(6)、(7)得：2.3,定义虚拟变量Q1和Q2分别为：其中，Q1(0)＝0，Q2(0)＝0分别是Q1和Q2的初值；δ是调节参数；2.4,定义向量R表达式为：其中,是系统未知参数θ的估计值；设计有限时间参数估计律为：其中，是的导数；ρ是调节矩阵；步骤3,基于误差镇定的控制律设计，过程如下：3.1,定义位置跟踪误差e1和速度跟踪误差e2组成的向量e为：其中，xd是给定的参考信号；3.2,由式(1)和式(12)知：3.3,将式(3)、(13)代入式(14)、(15)得：则对式(1)的跟踪控制问题转化为了对式(14)的误差镇定问题；3.4,设计基于误差镇定的控制律为：其中，c1，c2是控制律调节参数；3.5,将式(17)代入式(16)知，式(16)的状态矩阵是负定的，判定系统跟踪误差e镇定到零，系统稳定收敛到参考信号。