[发明专利]基于观测器的超声波电机伺服控制系统滞回补偿控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电机控制器领域，特别是一种基于观测器的超声波电机伺服控制系统滞回补偿控制方法。

背景技术

现有的超声波电机伺服控制系统的设计中由于力矩-速度滞回的存在，使得系统的性能受到影响，对周期重复信号控制时有一定的误差。为了改善跟随的控制效果，我们设计了基于观测器的超声波电机伺服控制系统滞回补偿控制。从轨迹跟随的实作结果中，我们发现系统在运动滞回减少效果上有着显著的改善，且参数的变动、噪声、交叉耦合的干扰和摩擦力等因素几乎无法对于运动系统效果造成影响，故基于观测器的超声波电机伺服控制系统滞回补偿控制能有效的增进系统的控制效能，并进一步减少系统对于不确定性的影响程度，因此电机的位置与速度控制可以获得较好的动态特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于观测器的超声波电机伺服控制系统滞回补偿控制方法，该方法建立在观测器的基础上，在观测器的设计上也以误差最小为其调整函数，从而能获得更好的控制效能。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于观测器的超声波电机伺服控制系统滞回补偿控制方法，提供一超声波电机伺服控制系统，包括基座和设于基座上的超声波电机，所述超声波电机一侧输出轴与光电编码器相连接，超声波电机另一侧输出轴与飞轮惯性负载相连接，所述飞轮惯性负载的输出轴经联轴器与力矩传感器相连接，所述光电编码器的信号输出端、力矩传感器的信号输出端分别接至控制系统；该方法基于观测器基础，采用滞回补偿控制对系统进行控制，在消除观测器的动态误差同时也使得系统滞回最小，从而能获得更好的控制效能。

在本发明一实施例中，所述控制系统包括超声波电机驱动控制电路，所述超声波电机驱动控制电路包括控制芯片电路和驱动芯片电路，所述光电编码器的信号输出端与所述控制芯片电路的相应输入端相连接，所述控制芯片电路的输出端与所述驱动芯片电路的相应输入端相连接，以驱动所述驱动芯片电路，所述驱动芯片电路的驱动频率调节信号输出端和驱动半桥电路调节信号输出端分别与所述超声波电机的相应输入端相连接。

在本发明一实施例中，该方法具体实现如下，

超声波电机驱动系统的动态方程可以写为：

其中，A_p＝-B/J,B_P＝J/K_t＞0,C_P＝-1/J；B为阻尼系数，J为转动惯量，K_t为电流因子，T_f(v)为摩擦阻力力矩，T_L为负载力矩，U(t)是电机的输出力矩，θ_r(t)为通过光电编码器测量得到的位置信号；

先假设系统的参数都是已知的，外力干扰、交叉耦合干扰和摩擦力都是不存在的，则电机的标准模型为下式所示：

其中，A_n为A_p之标准值，B_n为B_P之标准值；

假如产生不确定项，此时控制系统的动态方程修改成：

其中，C_n为C_P之标准值，ΔA，ΔB、ΔC代表微小变化量，D(t)为总集不确定项，定义为：

此处将总集不确定项的边界假设为已知，如|D(t)|≤ρ，ρ为一个给定的正常数项；为了消除电机力矩-速度特性的滞回现象造成的影响，使用基于观测器的超声波电机伺服控制系统滞回补偿控制对其进行控制；

对滞回系统中的观测器输出记为并定义实际执行机构的输出y，电机的估计输出为它们的误差为e₁

滞回系统的输出为τ_pr，滞回观测器输出为定义

观测器设计为：

式(8)的定义为：

其中，是可测量的电机速度；L₁是与误差的修正系数，L₂是e1的修正系数，K_a是的修正系数，为K_a的观测值，为K_a的观测值误差；K_pr是的修正系数；为控制器实际输出；

观测器的误差动态是基于以下模型：

其中，是控制器输出的估计误差；

通过滞回观测器的输出可知控制信号τ_pd和的误差为