[发明专利]一种少保守性的永磁球形电机轨迹跟踪控制方法

摘要

本发明涉及一种少保守性的永磁球形电机轨迹跟踪控制方法，其特征是，采用基于非线性干扰观测器的模糊滑模控制器，利用非线性干扰观测器对包括不确定性、摩擦、外界干扰、负载扰动在内的复合干扰进行估计，并在控制输入端进行补偿实现对干扰的抑制，利用滑模控制器对非线性干扰观测器的干扰误差及不可观测部分进行抑制，利用模糊对干扰观测器的观测误差及不可观测部分进行逼近，并利用模糊控制器的输出增益代替滑模的切换增益，用以减少滑模的抖振。

主权项

一种少保守性的永磁球形电机轨迹跟踪控制方法，其特征是，采用基于非线性干扰观测器的模糊滑模控制器，利用非线性干扰观测器对包括不确定性、摩擦、外界干扰、负载扰动在内的复合干扰进行估计，并在控制输入端进行补偿实现对干扰的抑制，利用滑模控制器对非线性干扰观测器的干扰误差及不可观测部分进行抑制，利用模糊对干扰观测器的观测误差及不可观测部分进行逼近，并利用模糊控制器的输出增益代替滑模的切换增益，用以减少滑模的抖振。其中，(1)所述非线性干扰观测器的设计如下：d^·=K1e~·ie^··i=-M(θ)-1τ+M(θ)-1C(θ,θ·)θ·+M(θ)-1d^+θ··d+K2e~·i-1]]>式中，为不确定性、摩擦、外界干扰、负载扰动等复合干扰的观测值，K1＝diag{k11,k12,k13}、K2＝diag{k21,k22,k23}是正定对角阵，θd是球形电机期望轨迹，θ是球形电机的跟踪轨迹，M(θ)为惯性矩阵，为离心力与哥氏力矩阵，ei‑1、ei分别是上一采样周期、当前采样周期的跟踪误差，分别是上一采样周期、当前采样周期的跟踪误差的估计，分别是上一采样周期、当前采样周期的跟踪误差的估计的误差，τ是转子在三个轴向的控制转矩矩阵。(2)设计滑模控制器对干扰观测器的干扰误差及不可观测部分进行抑制，其中滑模控制器采用等效控制，采用滑模控制器的控制器设计为：其中是滑模的输入，u(t)设计如下：式中e(t)＝[eα,eβ,eγ]T表示三个轴向的跟踪误差，C＝diag(cα,cβ,cγ)是滑模控制器参数，是滑模面，sign(·)代表符号函数，ηα、ηβ、ηγ均是正的常数，且ηα≥Fα(θ,t),ηβ≥Fβ(θ,t),ηγ≥Fγ(θ,t)；其中，Fα(θ,t)、Fβ(θ,t)、Fγ(θ,t)分别是F(θ,t)的三个分量。(3)设计模糊控制器消除滑模的抖振现象：模糊控制器的输入是滑模函数，输出是滑模切换增益，描述输入和输出变量的语言值的模糊子集均为：{NB NM NS ZE PS PM PB}，其中NB…PB分别表示负大、负中、负小、零、正小、正中、正大，模糊规则为：Rule:IF sα(t) is A,THEN ηα is BRule:IF sβ(t) is A,THEN ηβ is BRule:IF sγ(t) is A,THEN ηγ is B模糊控制均采用高斯隶属度函数；考虑模糊控制器的逼近误差，对滑模控制器三个轴向的控制输入重新设计：其中δα、δβ、δγ分别是正常数。