一种改进的超声波电机反步自适应伺服控制方法.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CN106787940A(43)申请公布日2017.05.31(21)申请号201710162434.5(22)申请日2017.03.18(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.H02N2/14(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图1页(54)发明名称一种改进的超声波电机反步自适应伺服控制方法(57)摘要本发明涉及一种改进的超声波电机反步自适应伺服控制方法，包括以下步骤：步骤S1：提供一基座以及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，另一侧输出轴与飞轮惯性负载相连接，所述飞轮惯性负载的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、所述力矩传感器的信号输出端分别接至一控制系统；步骤S2：所述控制系统建立在反步控制的基础上，在反步自适应控制器以Lyapunov函数为其调整函数，用以获得更好的控制效能。该控制系统由反步控制器和电机组成，整个控制器的系统建立在反步计算的基础上，从而能获得更好的控制效能。该装置及其控制方法不仅控制准确度高，而且结构简单、紧凑，使用效果好。CN106787940ACN106787940A权利要求书1/3页1.一种改进的超声波电机反步自适应伺服控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：提供一基座以及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，另一侧输出轴与飞轮惯性负载相连接，所述飞轮惯性负载的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、所述力矩传感器的信号输出端分别接至一控制系统；步骤S2：所述控制系统建立在反步控制的基础上，在反步自适应控制器以Lyapunov函数为其调整函数，用以获得更好的控制效能；所述控制系统的动态方程为：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。2.根据权利要求1所述的一种改进的超声波电机反步自适应伺服控制方法，其特征在于：所述步骤S1中，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，所述反步自适应控制器设于所述控制芯片电路中。3.根据权利要求1所述的一种基于输出反馈控制器的超声波电机伺服控制方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述联轴器为弹性联轴器。4.根据权利要求1所述的一种基于输出反馈控制器的超声波电机伺服控制方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述超声波电机、光电编码器、力矩传感器分别经超声波电机固定支架、光电编码器固定支架、力矩传感器固定支架固定于所述基座上。5.根据权利要求1所述的一种基于输出反馈控制器的超声波电机伺服控制方法，其特征在于：所述步骤S2中，若控制系统的参数都是已知的，外力干扰、交叉耦合干扰和摩擦力都是不存在的，则电机的标准模型为下式所示：其中，An为Ap之标准值，Bn为BP之标准值。若控制系统参数值偏离了标准值或是系统出现了外力干扰，交叉耦合干扰和摩擦力矩，则控制系统的动态方程修改成：其中，Cn为CP之标准值，ΔA，ΔB、ΔC代表微小变化量，D(t)为总集不确定项，定义为：将总集不确定项的边界假设为已知，如|D(t)|≤ρ，ρ为一个给定的正常数项，为了避免电机中出现不可预期的不确定项，则使用反步控制方法对系统进行伺服控制；非线性系统动力学重新表示成：2CN106787940A权利要求书2/3页其中，ai为未知常数和控制增益参数，Yi是已知的连续性或非线性函数，w是控制输入，(n-1)TTx1(t)＝x(t)，xn＝x，a＝[-a1,a2,…,-ar]，Y＝[Y1,Y2,…,Yr]。b是一个未知常数，c为常数，θ＝bc；表示有界的外部干扰，u0、w0为u、w的初始值，u为回滞系统的输出，d(t)的影响是由于bd1(w(t))产生的外部干扰，称之为扰动项；在自适应控制设计中使用改进的反步算法来实现控制目标，先进行坐标变换：z1＝x1-yr其中，yr为给定的运动轨迹方程，ai-1虚拟控制律在下面的第i步确定。定义函数sgi(zi)如下：其中，δi(i＝1,…,n)是一个待定的正