[发明专利]基于特征模型的伺服系统离散自适应鲁棒滑模控制方法

说明书

本发明公开了一种基于特征模型的伺服系统离散自适应鲁棒滑模控制方法。该方法为：建立四电机伺服系统动力学模型；根据特征建模理论，建立含测量噪声的四电机伺服系统特征模型，并利用递推最小二乘法对特征模型参数进行辨识；构建STF滤波器对测量噪声进行滤波，抑制测量噪声对实际系统控制性能的影响；采用基于特征模型的离散自适应鲁棒滑模控制器作为四电机伺服系统的位置控制器。本发明提高了多电机伺服系统的跟踪精度和动态性能，改善了系统的控制效果。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，特别是一种基于特征模型的伺服系统离散自适应鲁棒滑模控制方法。

背景技术

随着现代科学技术的飞速发展，高超声速飞机、无人战斗机等各类空中机动目标层出不穷，呈现出速度更快、机动性更强的趋势，这给国土防空带来了巨大的压力。为了对抗这些机动目标，武器装备对其伺服系统的快速性、控制精度、鲁棒性提出了更高的要求。

传统的伺服系统驱动方式是单电机驱动，但是由于体积、工艺、结构等限制，单电机驱动难以满足武器系统大功率的要求。所以多电机驱动的控制方法被提出。但是多电机伺服系统是一个高阶的、强耦合的复杂系统，控制器的设计难度较大。而由吴宏鑫院士等人提出的特征建模理论，不仅可以有效降低多电机伺服系统控制器的设计难度，而且可以提高系统的控制性能。该理论的核心是将复杂高阶系统信息融入到特征模型的时变参数中，即用低阶的时变差分方程来等价系统的动态特性。在实际系统中，测量噪声普遍存在。在特征模型的参数辨识时，如果不对系统中的测量噪声进行处理，往往会造成特征参数收敛缓慢。目前针对系统特征模型含测量噪声问题提出的滤波方法主要为扩展卡尔曼滤波算法。但是扩展卡尔曼滤波算法对于存在模型不确定的系统鲁棒性很差，并且缺少对系统状态突变的快速跟踪能力。离散滑模控制方法在伺服系统控制中得到广泛应用，但传统的离散滑模控制设计方法存在两方面不足：一是由于趋近律自身参数及切换开关的影响造成的系统抖振；二是由于根据不确定性上下界设计控制器使得抖振加剧。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于多电机伺服系统的离散自适应鲁棒滑模控制方法，提高多电机伺服系统的跟踪精度和动态性能，并改善系统的控制效果。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于特征模型的伺服系统离散自适应鲁棒滑模控制方法，包括以下步骤：

步骤1、建立多电机同步驱动伺服系统动力学模型；

步骤2、依据特征建模理论，建立含测量噪声的四电机伺服系统特征模型，并采用递推最小二乘法对特征模型参数进行辨识；

步骤3、构建STF强跟踪滤波器，对测量噪声进行滤波后反馈至位置控制器；

步骤4、采用离散自适应鲁棒滑模控制器作为四电机伺服系统的位置控制器，控制器输出作为伺服系统的控制量。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)针对系统中存在测量噪声的情况，设计了STF滤波算法，抑制了测量噪声对系统控制性能的影响，具有更好的滤波效果；(2)设计了离散自适应鲁棒滑模控制方法，削弱了传统离散滑模控制造成的抖振现象，进一步提高了伺服系统的动静态性能。

附图说明

图1为本发明的基于特征模型的离散自适应鲁棒滑模控制系统结构图。

图2为本发明的多电机伺服系统结构框图。

图3为本发明的STF滤波算法流程图。

具体实施方式

结合图1，本发明基于特征模型的伺服系统离散自适应鲁棒滑模控制方法，包括以下步骤：

步骤1、建立多电机同步驱动伺服系统动力学模型；

步骤2、依据特征建模理论，建立含测量噪声的四电机伺服系统特征模型，并采用递推最小二乘法对特征模型参数进行辨识；