[发明专利]一种基于卡尔曼滤波器的摇臂伺服控制方法

权利要求书

1.一种基于卡尔曼滤波器摇臂伺服控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，基于卡尔曼状态观测器的位置和速度观测：基于摇臂运动方程采用卡尔曼状态观测器，观测摇臂位置和速度，卡尔曼状态观测器包括预测方程和更新方程两部分，具体为：

预测方程：

更新方程：

其中，y_k为传感器测量值，为模型预测值，K_k是卡尔曼增益矩阵，A是运动方程的状态矩阵，B是n×1的输入矩阵，P是协方差矩阵，C是观测矩阵，Q和R分别是过程噪声协方差矩阵与测量噪声协方差矩阵，n为自然数，u_k-1为修正量，I为单位矩阵，为观测值；

k次修正量具体为：

式中，J是系统机械惯量，K_t是转矩系数，i_q是q轴电流；

步骤2，速度环模型预测控制器：采用卡尔曼观测器的观测值作为速度环速度反馈，根据速度环速度反馈与参考转速计算未来N个采样周期参考转速轨迹，通过模型预测算法预测未来N个采样周期的转速预测值，并建立基于规划转速与预测转速差值的损失函数，通过搜索损失函数极值计算电流参考值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，未来N个采样周期参考转速轨迹的计算方法为：

其中，ω_ref(i)为未来N个采样周期参考转速轨迹，T_s是转速环采样时间，T_r是速度环动态响应时间,是当前速度环速度反馈，为前的参考转速。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，未来N个采样周期的转速预测值计算方法为：

其中，ω_p(i)为未来N个采样周期的转速预测值，T_e＝K_ti^*_MPC，K_t是电流转矩系数，T_L是负载转矩，J是系统机械惯量，ω_p(0)是当前时刻的转速预测，T_s是采样周期，i^*_MPC是电流参考值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，建立的基于规划转速与预测转速差值的损失函数为：

其中，ω_p(i)为未来N个采样周期的转速预测值，ω_ref(i)为未来N个采样周期参考转速轨迹，e(i)为预测转速误差，r是调节参数，表示模型预测控制电流的估计值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于损失函数的模型预测电流参考值i^*_MPC计算方法为：

即在损失函数取得最小值时的电机参考值为i^*_MPC，D示模型预测控制电流估计值的集合。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预测转速误差具体为：

e(i)＝ω_ref(i)-ω_p(i)。