[发明专利]一种带有输入饱和的伺服系统自适应参数辨识与控制方法

说明书

一种带有输入饱和的伺服系统自适应参数辨识与控制方法，包括：建立带输入饱和的伺服系统模型，初始化系统状态及控制参数；提取参数误差信息，并设计在线自适应参数辨识器，在线辨识系统未知参数；设计改进型指数趋近律，将饱和转化为输入相关函数，并结合辨识参数设计趋近律滑模控制器。本发明所设计的参数在线辨识和控制算法对位置伺服系统具有良好的辨识和跟踪控制效果，能够高精度在线辨识系统参数，并提高伺服系统的控制性能，削弱输入控制器的抖振。

技术领域

本发明属于伺服系统控制技术领域，涉及一种在线自适应参数辨识与改进型指数趋近律滑模控制方法，特别是对于含有输入饱和的伺服系统自适应参数辨识与控制方法。

背景技术

随着工业自动化的发展，伺服系统在工业控制领域应用越来越广泛。对于有高精度控制要求的位置伺服系统来说，由于系统容易受到外部扰动、饱和、摩擦等非线性特性的影响，高性能控制相对困难。因此，对于如何提高系统的参数辨识精度，并以此提高系统的跟踪控制性能是当前的研究热点之一。

目前，用来完成伺服系统参数辨识的算法多数都属于离线辨识方法，但离线辨识方法并不能及时反应系统参数的变化，并会进一步影响系统的控制性能。因此，对于提出一种能够在线自适应辨识系统参数，并跟随外部非线性特性和机械特性及时反应系统参数变化的方法是很有必要的。

输入饱和是每一个伺服系统都不可避免的非线性特性，会降低系统的控制性能。为了提高伺服系统的跟踪精度和响应速度，很多控制方法都被提出。在众多控制方法中，滑模控制由于其良好的鲁棒性和抗扰动性能而被广泛研究。但是滑模控制的抖振问题限制了其在实际中的应用。趋近律滑模控制方法是降低滑模控制器抖振的方案之一，如何改进趋近律，使得滑模抖振问题进一步削弱，是很有研究意义的。

发明内容

为了解决带有输入饱和的位置伺服系统参数辨识与控制问题，使系统完成高精度参数辨识与跟踪控制，本发明提供了一种在线自适应参数辨识算法和改进型指数趋近律控制方法，该方法可以提取参数自身的误差信息和跟踪误差，以此设计自适应辨识律，通过减小参数误差来使得参数收敛到自身有效值，同时，考虑系统输入饱和，设计指数趋近律，削弱滑模抖振问题，在含有输入饱和的情况下保证系统的高精度跟踪控制。

为了解决上述技术问题提出的技术方案如下：

一种带有输入饱和的伺服系统自适应参数辨识与控制方法，包括以下步骤：

步骤1,建立含输入饱和的位置伺服系统模型，初始化系统状态及控制参数，过程如下：

1.1,位置伺服系统模型表示如下：

其中，k_t是系统的力矩系数；J是转动惯量；B是粘滞摩擦系数；θ表示电机角位置，是系统输出；ω是电机转速；i表示力矩电流，是系统输入；

1.2,考虑系统饱和，电机饱和输入改写成i＝sat(u)，u是系统的实际输入，sat(u)的形式写成：

其中，u_max是系统的最大输入；

1.3,定义x₁＝θ，将式(2)改写成：

其中，

步骤2,参数误差信息的提取，过程如下：

2.1,将式(3)写成如下形式：

其中，

2.2,定义将Φ和进行滤波如下操作：