[发明专利]一种全局稳定的电机伺服系统自适应输出反馈鲁棒控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机伺服系统控制技术领域，具体涉及一种全局稳定的电机伺服系统自适应输出反馈鲁棒控制方法。

背景技术

直流电机具有响应快速、起动转矩大、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能等优点，因而在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务办公设备以及家用电器中应用广泛。随着工业发展的需求，高精度的运动控制已成为现代直流电机的主要发展方向。然而，为电机伺服系统设计高性能的控制器时，设计人员很可能会遇到很多的模型不确定性，包括结构不确定性(参数不确定性)和非结构不确定性等未建模的非线性。这些不确定性因素可能会严重恶化能够取得的控制性能，从而导致低控制精度，极限环震荡，甚至不稳定性。对于已知的非线性，可以通过反馈线性化技术处理。但是，无论动态非线性和参数识别的如何准确的数学模型，都不可能得到实际非线性系统的整个非线性行为和确切的参数，进而进行完美的补偿。始终存在着不能够用明确的函数来模拟的参数偏差和未建模非线性。这些不确定性因素增加了控制系统的设计难度。为了提高电机系统的跟踪性能，许多先进的非线性控制器进行了研究，如鲁棒自适应控制，自适应鲁棒控制(ARC)，滑模控制等等。然而，所有上述方法中均基于全状态反馈开展控制器设计，也就是说，在运动控制中，除了需要位置信号，还需要速度和/或加速度信号。但在许多实际系统中，受机械结构、体积、重量及成本限制，往往仅位置信息可知。此外，即便速度及加速度信号可以获得，也存在严重的测量噪声，进而恶化全状态反馈控制器可以获得的性能。非线性控制应用中所存在的这些实际问题，导致了PID控制至今在电机控制领域仍处于主导地位。但同时不可否认，在现代工业时代的新需求下，PID越来越难以满足日益追求的高性能控制。因此，迫切需要设计非线性输出反馈控制策略。在线性系统中，这个问题可以利用分离设计原则解决，即对可观可控的线性系统，分别设计状态反馈控制器和状态观测器就可以获得系统的输出反馈控制器。但在非线性系统，由于分离原则不再成立，利用输出反馈实现系统的镇定问题就是一个非常困难问题，近年来，非线性系统的输出反馈镇定问题得到了广泛的关注。只有系统输出是可量测的条件下如何实现控制系统的镇定是控制理论一个重要的问题。

发明内容

本发明为解决电机位置伺服系统中只有位置状态可知情况下的参数确定性和不确定非线性问题，进而提出一种全局稳定的电机伺服系统自适应输出反馈鲁棒控制方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种全局稳定的电机伺服系统自适应输出反馈鲁棒控制方法，包括以下步骤：

步骤一、建立电机位置伺服系统模型，根据牛顿第二定律，电机惯性负载的动力学模型方程为：

my··=kfu-By·-B1Ff(y·)-f(y,y·,t)---(1)]]>

式中y表示角位移，m表示惯性负载，k_f表示扭矩常数，u是系统控制输入，B代表粘性摩擦系数，B₁代表连续摩擦系统,代表连续静摩擦模型，f代表其他未建模干扰，包括非线性摩擦、外部干扰以及未建模动态；

基于连续的静摩擦模型，其方程为：