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专利号: 2016107249851
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种用于电机伺服系统的滑模重复控制器,其特征在于:被控对象为伺服电机系统,电机系统的模型为:

其中θ为电机转角位置,ω为转速,f(t,θ,ω)为有界的系统参数摄动,u为控制输入信号,uw为来自输入端的有界干扰信号,矩阵J、B、K为电机参数,分别表示转动惯量、摩擦系数和输出轴弹性系数。令系统状态 则电机系统的状态空间模型表示为

其中w(t)=uw(t)-f(t,θ,ω),表示折算到输入端的系统不确定性总和;

考虑周期位置跟踪的电机伺服控制,令周期为TC的参考信号r(t)=[r1 r2]T=[θr ωr]T,并定义跟踪误差e=x-r,取切换函数s=cTe,其中,cTb可逆,则构造带周期扰动补偿的连续趋近律

其中ρs为指数收敛项,εsgn(s)为等速收敛项,符号函数  参数0≤ρ<2,ε>0;(3)中扰动项d=cTb(w-wΔ),wΔ=w(t-TC),因为d有界,所以存在正常数使满足|d|<Δ;

若不考虑扰动补偿,即忽略趋近律(3)中的扰动项d,那么

所以

得到反馈控制器

考虑到电机系统的周期运行特性,系统参数摄动等不确定性也存在部分相同的周期性;以上一周期的扰动wΔ来估计当前扰动,记αΔ=α(t-T),那么由(5)得

其中 表示当前扰动的估计,将(7)代入(6),以 取代w,得到具有周期扰动抑制功能的滑模重复控制器

因为趋近律(3)中包含有符号函数sgn(s),易使控制输入出现等幅切换而产生抖振;以一种平滑变化的饱和函数替代符号函数构造趋近律,其具体形式为

其中,饱和函数 正弦函数斜率系数δ>0;由正弦饱和趋近律(9)得滑模重复控制器

相应地,若采用指数趋近律(3),则滑模重复控制器为

采样控制系统中,对连续趋近律离散化,记kT时刻的变量αk=α(kT),那么 所以有采样趋近律sk+1=(1-ρT)sk-εTfal(sk)+Tdk   (12)其中dk=cTb(wk-wk-N),满足ρT<1;由(10)得基于正弦饱和趋近律的采样控制器

由(11)得基于指数趋近律的采样控制器

加入干扰抑制项,建立期望的正弦函数采样趋近律,具体形式为:

其中,dk为kT时刻等效扰动, 用于等效扰动的补偿。设dl≤dk≤du,  若取则引入单调减区域,绝对吸引层和稳态误差带概念,具体定义如下:单调减区域边界ΔMDR

绝对吸引层边界ΔAAL

稳态误差带边界ΔSSE

其中,单调减区域边界ΔMDR、绝对吸引层边界ΔAAL和稳态误差带边界ΔSSE均为正值。

2.如权利要求1所述的用于电机伺服系统的滑模重复控制器,其特征在于:采用控制器(14),系统收敛过程的三个边界指标具体形式如下:单调递减区域边界为

绝对吸引层边界为

稳态误差带边界为

其中,

3.如权利要求2所述的用于电机伺服系统的滑模重复控制器,其特征在于:整定重复控制器的控制器参数,可调整参数包括表达趋近速度的两个常数ρ和ε,参数整定工作依据表征系统收敛性的指标进行,在正弦函数采样趋近律中,参数ρ,ε,δ确定了趋近律sk的收敛过程,具体描述如下:

1)当 时,直接由正弦函数采样趋近律构造控制器,其闭环系统无稳态误差;

2)当 时,趋近律sk将严格单调收敛,无抖振,无正负交替地收敛于零点的邻域内;

3)当 时,趋近律sk将绝对收敛,出现正负交替现象,但最终仍会收敛于零点的邻域内;

4)当 时,趋近律sk将收敛于由这些参数决定的一误差带内。

4.如权利要求2或3所述的用于电机伺服系统的滑模重复控制器,其特征在于:采用控制器(13),系统收敛过程的三个边界指标按如下方程确定:单调减区域ΔMDR=max{ΔMDR1,ΔMDR2},其中ΔMDR1和ΔMDR2为正实数,且满足

绝对吸引层边界ΔAAL=max{ΔAAL1,ΔAAL2},其中ΔAAL1和ΔAAL2为正实数,且满足

稳态误差带ΔSSE=max{ΔSSE1,ΔSSE2,Δ},其中ΔSSE1和ΔSSE2为正实数,且满足

其中,ζ为方程 的实数解。