一种超声波电机伺服控制系统滑模控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108832836A(43)申请公布日2018.11.16(21)申请号201811067088.3(22)申请日2018.09.13(71)申请人闽江学院地址350108福建省福州市闽侯县上街镇溪源宫路200号(72)发明人傅平(74)专利代理机构福州元创专利商标代理有限公司35100代理人蔡学俊(51)Int.Cl.H02N2/00(2006.01)H02N2/14(2006.01)权利要求书5页说明书11页附图2页(54)发明名称一种超声波电机伺服控制系统滑模控制方法(57)摘要本发明涉及一种超声波电机伺服控制系统滑模控制方法。提供一超声波电机伺服控制系统，包括基座和设于基座上的超声波电机，所述超声波电机一侧输出轴与光电编码器相连接，超声波电机另一侧输出轴与飞轮惯性负载相连接，所述飞轮惯性负载输出轴经联轴器与力矩传感器相连接，所述光电编码器的信号输出端、力矩传感器的信号输出端分别接至控制系统；该方法建立在滑模数学模型基础上，在减小辨识动态误差的同时也使得伺服系统滞回最小，从而能获得更好的输入输出控制效能。本发明不仅控制准确度高，而且结构简单、紧凑，使用效果好。CN108832836ACN108832836A权利要求书1/5页1.一种超声波电机伺服控制系统滑模控制方法，其特征在于，提供一超声波电机伺服控制系统，包括基座和设于基座上的超声波电机，所述超声波电机一侧输出轴与光电编码器相连接，超声波电机另一侧输出轴与飞轮惯性负载相连接，所述飞轮惯性负载输出轴经联轴器与力矩传感器相连接，所述光电编码器的信号输出端、力矩传感器的信号输出端分别接至控制系统；该方法建立在滑模数学模型基础上，在减小辨识动态误差的同时也使得伺服系统滞回最小，从而能获得更好的输入输出控制效能。2.根据权利要求1所述的一种超声波电机伺服控制系统滑模控制方法，其特征在于，所述控制系统包括超声波电机驱动控制电路，所述超声波电机驱动控制电路包括控制芯片电路和驱动芯片电路，所述光电编码器的信号输出端与所述控制芯片电路的相应输入端相连接，所述控制芯片电路的输出端与所述驱动芯片电路的相应输入端相连接，以驱动所述驱动芯片电路，所述驱动芯片电路的驱动频率调节信号输出端和驱动半桥电路调节信号输出端分别与所述超声波电机的相应输入端相连接。3.根据权利要求2所述的一种超声波电机伺服控制系统滑模控制方法，其特征在于，该方法具体实现如下，超声波电机驱动系统的动态方程可以写为：其中Ap＝-B/J，BP＝J/Kt＞0，CP＝-1/J；B为阻尼系数，J为转动惯量，Kt为电流因子，Tf(v)为摩擦阻力力矩，TL为负载力矩，U(t)是电机的输出力矩，θr(t)为通过光电编码器测量得到的位置信号，为通过计算得到的速度信号，为通过计算得到的加速度信号；x是电机转子的位移，表示速度，表示加速度；为了消除电机摩擦力滞回造成的影响，采用滑模控制；考虑一个由非执行机构组成的受控系统具有滞后非线性，即滞后被表示为非线性动力系统的输入，并表示为算子ω(t)＝P[v](t)(2)以v(t)为输入，ω(t)为输出；以上的滞后非线性动力系统以规范形式进行描述其中，Yi是已知的连续和线性/非线性函数，参数ai和控制器增益b是常数，为不失一般性，假设b>0；控制目标是设计控制律v(t)，以强制状态向量遵循期望的轨迹即当t→∞时x→xd；考虑滞后输出ω(t)写为ω(t)＝p0v(t)-d[v](t)(4)2CN108832836A权利要求书2/5页为了方便起见，对于给定的初始状态ψ∈Ψ，Fr[v,ψ]表示Fr(v)；如果已知系统中的滞后，即对于在时刻t的任何连续输入函数v(t)给出或可以准确地估计p(r)和ψ，则Fr[v](t)将被确定为一组线段；d[v]的积分可以在线计算，d[v]可以用作前馈补偿器来取消动态系统的第二个非线性项；然而，在大多数情况下，准确估计系统的滞后是困难甚至不可能的；使用(4)的滞后模型，滞后非线性动力系统(3)变为这导致输入信号v(t)和移位项bd[v]的线性关系；其中，公式(6)右侧的第一项是控制当前可用控制器的线性函数信号v(t)；在这种情况下，可以将当前可用的控制器设计与控制器设计的滞后模型进行融合；这样的结构实际上会变得更加明确，并可以设计自适应控制算法；如果在系统(6)中没有滞后效应，即d[v](t)＝0，使用自适应滑模控制方法可以有效地用于构建鲁棒控制器对系统进行跟踪和稳定，即使存在系统不确定性；在鲁棒控制中，bd[v](t)通常被视为干扰函数；由于d[v](t)是一个积分函数；因此，不能对其有界性作出假设；另外，它实际上是输入信号v(t)的函数，需要对自适应控制器设计进行特殊处理；将跟踪误差向量定义为过滤的