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专利号: 2018110754022
申请人: 闽江学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-03-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于鲁棒扰动补偿方案的直流电机伺服控制方法,其特征在于:包括基座、直流电机、光电编码器、飞轮惯性负载、联轴器、力矩传感器,所述直流电机一侧输出轴与所述光电编码器连接,所述直流电机的另一侧输出轴与所述飞轮惯性负载连接,所述飞轮惯性负载的输出轴经联轴器与所述力矩传感器连接,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均连接至控制系统;

其中,所述控制系统建立在鲁棒扰动补偿方案基础上,使用扰动补偿使得伺服系统轮廓跟踪误差最小,从而能获得更好的轮廓控制效能;

假设直流电动机系统具有摩擦效应,J(dω/dt)=Tm‑Tf‑Bω        (1)其中J是总转动惯量,ω是直流电机角速度,Tm是直流电机的转矩,Tf是非线性摩擦力矩,B是粘性阻尼系数,假定忽略电枢电感L,则Tm表示为:Tm=(VA‑VB)(KT/R)=(KAu‑KBω)       (2)VA是电压放大器的输出,VB的反电动势电压,KT是电机的转矩常数,R为电枢电阻,KA是电压放大器的增益,u是控制电压,KB是反电动势常数,参数不确定系统建模:注意,在方程(3)的项,加在字母上的^代表标称参数,Δ表示参数的变化,名义传递函数为 Tf为非线性摩擦力矩,从u到ω表示为:模型不确定性函数定义为:

在此:

其中,P(s)和ΔP(s)是未知的, 是通过执行系统识别获得,P(s)表示从u到ω的传递函数。

2.根据权利要求1所述的一种基于鲁棒扰动补偿方案的直流电机伺服控制方法,其特征在于:所述联轴器为弹性联轴器。

3.根据权利要求1所述的一种基于鲁棒扰动补偿方案的直流电机伺服控制方法,其特征在于:所述直流电机、光电编码器、力矩传感器分别通过直流电机固定支架、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。

4.根据权利要求1所述的一种基于鲁棒扰动补偿方案的直流电机伺服控制方法,其特征在于:所述控制系统包括直流电机驱动控制电路,所述直流电机驱动控制电路包括控制芯片电路和驱动芯片电路,鲁棒控制器设于所述控制芯片电路中,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,用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直流电机的相应输入端连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于鲁棒扰动补偿方案的直流电机伺服控制方法,其特征在于:所述方程(3)中非线性摩擦力矩Tf作为未知干扰功能,用电流环补偿未知的摩擦力矩比较困难,因此,用Tef代替Tf,Tef表示补偿的等价非线性摩擦力矩,方程(3)被描述为:如果Tef能够估计,标称非线性摩擦力矩 将用于消除摩擦力矩和模型不确定性的影响,在此 是给出方程的名义转移函数的反函数,由于摩擦衰减反馈回路涉及到倒置系统,系统名义传递函数 选择的是一个Hurwitz最小相位系统,输出角速度为:u(s)表示控制器输出,标称补偿的等价非线性摩擦力矩 为:其中g是积分项的非负增益,F(s)是高截止频率的低通滤波器, 表示补偿功能函数,u(s)表示u(s)表示控制器输出函数方程(9)中的滤波器F(s)用于过滤高频测量噪声,定义参数误差函数为ρ(s),由于模型的不确定性,有:则方程(9)写成:

如方程(11)所示, 等于等价函数Tef(s)和参数误差函数ρ(s)的和再乘以放大系数gF(s)/(s+gF(s)),ρ(s)具有高增益g,当增益g被设计得较大时的跟踪效果得到改善,补偿函数减小了摩擦力矩和参数误差函数对直流电动机系统的影响,添加补偿函数后,方程(6)中给出的模型改写为:

剩余扰动d(s)被定义为:

其中 表示转角对时间的导数,d1(s)和d2(s)代表残余摩擦和残差模型的不确定性,并作为系统的干扰。

6.根据权利要求5所述的一种基于鲁棒扰动补偿方案的直流电机伺服控制方法,其特征在于:

结合方程(12)和(13),列出以下动力学方程:b=(KAKT)/(RJ)           (16)其中 表示转角对时间的导数,u(t)表示控制器输出,对于方程(14)中给出的系统,作出以下假设;

假设一:

对于已知的非负常数δ1和δ2,干扰d1(t)和d2(t),有:d1(t)<δ1,d2(t)<δ2||x(t)||                                               (17)方程(14)中的动态参数f(t)不能完全确定,干扰δ1和δ2是有界的,动态参数f(t)和估计值 之间的估计误差由下列已知函数确定:表示由 决定的动态参数f(t)和估计值 之间的估计误差;

假设二:

方程(14)中的参数b的控制增益是未知的,但其具有已知边界bmax表示参数b的最大值,bmin表示参数b的最小值,bmax≥b≥bmin>0         (19)假设三:

控制增益的估计值当做方程(19)中给出的边界几何平均值:则边界变为:

定义一个时变状态向量为:

T

x(t)=[θ(t) ω(t)]          (23)θ(t) ω(t)分别表示随时间变化的角度和角加速度;

将所需的时变状态定义为:

T

xd(t)=[θd(t) ωd(t)]        (24)θd(t) ωd(t)分别表示随时间变化的给定角度和角加速度;

跟踪误差矢量定义为:

开关状态s(t)=0,在状态空间中定义为:其中λ是严格正常数,c表示正常数向量,证明:控制律是:

s(t)表示随时间变化的开关状态函数;

其中,

表示由 决定的动态参数f(t)估计函数;

且η是严格正常数,Ks表示符号函数的系数,F表示待定常数,结合方程(14)方程(8)及(29),做出了假设1,2,3,系统表面当且仅当方程(30)中所示的滑模控制增益成立时得到:当t→∞时x(t)‑xd(t)→0,证明:列出一个李雅普诺夫函数的情况:由方程(27),(28),(29)得以下方程成立:如果方程(32)满足滑模到达条件,则有:则方程(32)写为:

因为:

结合方程(18),则:

符合方程(30),另一方面,表示符号函数的系数Ks符合方程(30),方程(30)替换为方程(32),然后,以方程(33)的形式导出条件,这也证明当t→∞时x(t)‑xd(t)→0。