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专利号: 2015100299342
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:

1.一种基于扩张状态观测器的伺服系统线性反馈控制和极点配置确定参数方法,其特征在于:所述确定参数方法包括如下步骤:步骤1,建立如式(1)所示的伺服系统模型,初始化系统状态以及控制参数;

其中,θm, 为状态变量,分别表示电机输出轴位置和转速;J和D是折算到电机轴上的等效转动惯量和等效阻尼系数;Kt是电机扭矩常数;u是控制量;T是折算到电机轴上的负载摩擦扭矩以及摩擦的扰动部分;

步骤2,合并系统中存在的摩擦以及外部干扰,作为系统的扩张状态;

2.1,令x1=θm, 则式(1)改写为

其中,x1,x2为系统状态,u为控制量,则式(2)改写为:其中,

2.2,令 b=b0+Δb,d=Δa+Δbu,其中b0和a0分别为b和a(x)的最优估计值,根据系统结构给定;基于扩张状态观测器的设计思想,定义扩展状态x3=d,则式(3)改写为以下等效形式:其中,

步骤3,设计基于非线性扩张状态观测器的反馈控制器,过程如下:*

3.1令zi,i=1,2,3,分别为式(4)中状态变量xi的观测值,定义跟踪误差eci=zi-xi,*其中zi为期望信号,观测误差为eoi=xi-zi,则设计非线性扩张状态观测器表达式为:其中,β1,β2,β3为观测器增益参数,需用极点配置法确定,g(eo1)为j=1,2,3...,n+1;其中,αj=[1,0.5,0.25],δ=1°;

3.2根据线性反馈的设计思想,将控制器u设计为以下形式:其中,ki为控制器增益,i=1,2,z3为系统摩擦及外部干扰的估计值;

步骤4,根据极点配置法确定观测器增益参数β1,β2,β3的取值;

令δx1=eo1=z1-x1,δx2=z2-x2,δx3=z3-a(x),则式(5)减去式(3)得其中,a′(x)为a(x)的导数;

设a′(x)有界,且g(eo1)是光滑的,g(0)=0,g′(eo1)≠0,根据泰勒公式,式(7)写为令 i=1,2,3,则式(8)写为以下状态空间方程形式设计补偿矩阵

则式(9)写为

至此,参数βi的确定转化为li的确定,使式(9)在扰动a′(x)的作用下渐近稳定的必要条件是补偿矩阵A的特征值全部落在复平面的左半平面上,即式(9)的极点充分的负,由此,根据极点配置法,选定期望的极点pi,i=1,2,3,使参数li满足I为单位矩阵,令左右两边关于s的多项式的各项系数相等,则分别求出参数l1,l2,l3的值,从而得到扩张状态观测器的表达式为