[发明专利]可调金属切削系统的鲁棒自适应动态面控制方法

说明书

技术领域

本发明是一种可调金属切削系统的鲁棒自适应动态面控制方法，应用于带有PI磁滞模型和未知时滞的精密仪器系统的控制。

背景技术

随着超精密加工技术在工业、军事、民品中的广泛应用，加工过程的高精度、高质量、高效率、低成本越来越重要。其中精密加工设备中的磁滞现象是影响系统稳定的关键，系统中伴有磁滞现象时，整个控制系统将会表现出振荡、不稳定、准确性降低等现象。除了磁滞现象，时延问题也出现在涡轮喷气发动机引擎、飞机系统等领域，从而降低了控制性能。

目前解决具有磁滞输入的非线性系统控制问题有两种方法：一种方法是建立磁滞的逆过程，并将之级联到控制系统的输入端；另一种方法是采用鲁棒自适应的控制策略来消除或抑制磁滞现象。由于建立磁滞逆过程非常复杂，且磁滞的逆模型输出对其参数特别敏感，因此，不建立磁滞逆而采用鲁棒自适应控制策略则更具吸引力，其中最主要最有效的方面就是自适应反推控制方案。

反推控制方案，在处理某些参数不确定非线性和线性系统及改善过渡过程品质方面的潜力而受到广泛重视。反推控制方案仍然存在一些重要缺陷，如随对象相对阶增高，控制律高度非线性、高度复杂（称为“微分爆炸”）等，近年来，研究人员为克服“微分爆炸”的缺点，提出了一种新的控制方法：“动态面控制（Dynamic Surface Control）”。即通过引入滤波器，使得每一步控制律的设计与前一级的设计基本解耦，从而使控制律的复杂程度大幅下降。动态面控制实现了相对简单的控制律与良好的过渡过程品质结合。

处理非线性时滞问题，目前常用的方法是自适应神经网络。由于使用动态面或反推控制，系统的跟踪误差最终收敛到一个紧集而不是收敛到零，因此一个挑战性的问题是如何设计控制律保证系统L_∞性能。

发明内容

本发明的目的是针对既有时滞问题又存在磁滞输入的可调金属切削系统，提供一种可调金属切削系统的鲁棒自适应动态面控制方法，它采用鲁棒自适应动态面控制、误差转换函数和神经网络相结合，能够保证其跟踪误差和过渡过程能够在预先任意给定的指标内，克服了反推控制方案中的“微分爆炸”问题，简化控制器结构，减少计算量，更便于实时控制，并消除了系统跟踪误差可能出现的“畸变”现象。

实现本发明目的所采用的技术方案是：

一种可调金属切削系统的鲁棒自适应动态面控制方法，其特征是，它包括以下内容：

1）可调金属切削系统数学模型

可调金属切削系统的数学模型包括切割系统装置本身模型、用来描述磁滞作动器的磁滞模型及未知延时环节模型，

建立可调金属切削系统：

mx··+cx·+kx=FΔ+kau---(1)]]>

其中x表示切割深度的波动部分，也称作模具厚度的偏移量；m，c，k分别代表切割器械的质量、阻尼系数和弹性硬度；k_a为压电作动器的弹性当量，u为压电作动器的输出，F_Δ为切割器械的切力变化

F_Δ＝h×(x-μx(t-τ))+f(x-μx(t-τ))

其中f(·)≤ζ，ζ，h和μ为正常数，τ为未知时间延迟；

基于上述对金属切削系统的描述，令则式(1)表述成反馈形式：