[发明专利]一种基于扰动上界估计的电动转台位置跟踪控制方法

摘要

本发明公开了一种基于扰动上界估计的电动转台位置跟踪控制方法，选用转台伺服系统俯仰框架作为研究对象，同时考虑了系统参数不确定性和不确定非线性，设计了优良的转台位置跟踪控制器；针对系统参数不确定性，设计了较好的参数自适应律，能较好的估计系统参数并收敛，从而实现较好的模型补偿；针对系统不确定非线性，设计了较好的干扰上界估计律，较好地估计了不确定非线性的最大上界；控制器中的干扰补偿项中采用了双曲正切函数，避免了传统符号函数带来的抖振。对比仿真结果验证了控制器的有效性。

主权项

1.一种基于扰动上界估计的电动转台位置跟踪控制方法，其特征在于：所述一种基于扰动上界估计的电动转台位置跟踪控制方法的具体步骤如下：步骤一、以转台俯仰框架为例，建立俯仰框架数学模型，根据牛顿第二定律，俯仰框架的动力学方程为：TG＝Glsin(y) (2)公式(1)为忽略了 电流环动态的转台俯仰框架动力学方程，其中u为控制输入，J为惯性负载，k_u为电压力矩常数，Δ为未建模干扰项，y、和分别为系统位置、速度和加速度信号，B为粘性摩擦系数，T_G为转台俯仰运动中作用于电机轴的重力矩，其具体形式如公式(2)，是重力G、力臂l和系统位置y的正弦的乘积；定义状态变量则动力学方程转化为：公式(3)中θ1＝J/ku，θ2＝B/ku,β＝Gl/J,d＝Δ/ku，假设参数θ1，θ2均为未知常值，总干扰项d有常值界，但上界未知；步骤二、设计基于扰动上界估计的跟踪控制方法的具体步骤如下：步骤二(一)、定义跟踪误差：定义如下误差量：公式(4)中，x1d为系统跟踪的位置指令，z1为系统跟踪误差，z2为系统跟踪辅助误差量，用于后续控制器设计；k1表示系统误差系数，显然公式(4)可化为：z2＝x2‑x2eq公式(5)中，x2eq为辅助信号量，用于后续控制器设计；将公式(3)代入公式(5)可得：步骤二(二)、确定实际控制器输入u：设计控制律为：公式(7)中u_a表示模型补偿控制器，u_s表示鲁棒控制器，包括鲁棒反馈项u_s1和干扰补偿项u_s2，表示系统各未知参数估计值，表示参数自适应律，Γ表示自适应回归参数矩阵，表示参数回归器，表示干扰d上界的估计值，表示干扰上界估计律，σ₁＝[σ₁₁,σ₁₂]^Τ，σ₁₁,σ₁₂,γ,σ₂,k₂,τ均为为正的可设计反馈增益；步骤二(三)、验证系统稳定性：定义李亚普诺夫函数如下：对李亚普诺夫函数求导，结合公式(6)、(7)、(8)最终可证明控制器稳定，即当时间趋近于无穷时，跟踪误差z1可保证有界稳定，从而实现优良的转台俯仰位置跟踪；步骤三、合理的设计参数k1,k2,σ11,σ12,γ,σ2,τ，保证系统尽可能地实现最佳的跟踪性能，即跟踪误差尽可能的小。