[发明专利]一种考虑输入受限的电机伺服系统自调节控制方法

说明书

本发明公开了一种考虑输入受限的电机伺服系统自调节控制方法，包括以下步骤：建立电机位置伺服系统模型，进行现有和改进伺服系统的比对；设计基于增益自调节的误差符号积分鲁棒控制器；根据误差符号积分鲁棒控制器，利用李雅普诺夫稳定性理论对电机伺服系统进行稳定性证明，并运用Barbalat引理得到系统的全局渐进稳定的结果。本发明针对电机伺服系统中存在的输入受限这一非线性特性开展研究，通过设计一种新型控制算法来控制电机伺服系统，削弱输入受限对电机伺服系统的控制精度的影响。

技术领域

本发明涉及电机伺服系统领域，具体来说，涉及一种考虑输入受限的电机伺服系统自调节控制方法。

背景技术

电机伺服系统具有响应速度快、能源利用率高、传动效率高、噪声小等特点，在工业和国防建设上得到了广泛的应用。随着工业技术的快速发展，各个领域对电机控制精度的要求越来越高，以至于对电机伺服系统控制器的性能提出了更高的标准。

电机伺服系统中存在许多的模型不确定性，包括参数不确定性、不确定非线性(如未建模的扰动、非线性摩擦、输入受限、时滞、死区等)，这些不确定性的存在，是的控制器的设计变得困难，很难满足提出的控制精度和设计指标。

对于系统中存在的非线性问题，传统的PID控制已经没办法实现高精度的控制。随着近年来现代控制理论的发展，各种针对不确定性非线性的控制策略也相继提出，如自适应音棒控制、误差符号积分鲁棒控制、神经网络控制等等。但这些控制方法只能对可参数化的非线性因素进行补偿，而针对输入受限则无法进行参数化处理，也就导致了现有技术无法完美的解决输入受限这一问题。

针对电机伺服中不确定非线性的特点，现有技术大多将非线性不确定性都看成一个整体来进行处理，这也就无法准确的对输入受限进行有效处理，提高电机伺服系统的控制精度。本发明将输入受限这一非线性特性从笼统的非线性因素中剥离出来，单独进行处理，利用双曲正切函数建立了系统的输入受限模型，并在此模型上设计了基于增益自调节的误差符号积分鲁棒控制器来克服一部分不确定非线性对系统控制的影响。

发明内容

发明目的：为了解决现有相关技术所存在的上述技术问题，提供一种考虑输入受限的电机伺服系统自调节控制方法。

技术方案：一种考虑输入受限的电机伺服系统自调节控制方法，包括一下步骤：

步骤A，建立电机位置伺服系统模型；

步骤B，设计基于增益自调节的误差符号积分鲁棒控制器；

步骤C，根据误差符号积分鲁棒控制器，利用李雅普诺夫稳定性理论对电机伺服系统进行稳定性证明，并运用Barbalat引理得到系统的全局渐进稳定的结果。

具体地，步骤A中：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：

式中y表示角位移，J_equ表示惯性负载，k_u表示扭矩常数，u是系统控制输入， B_equ代表粘性摩擦系数，d_n代表系统受到的常值干扰，ξ代表时变扰动。

把(1)式写成状态空间形式，如下：

其中x＝[x₁，x₂]^T表示位置和速度的状态向量；θ_f＝J_equ/k_u，θ₂＝B_equ/k_u，θ₃＝d_n/k_u，f＝ξ/k_u表示系统中其他未建模干扰；