[發(fā)明專利]一種用于機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)的模糊變結(jié)構(gòu)控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310521154.0
• 申請(qǐng)日: 2013-10-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104570726A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁偉濤;朱成林;李建明;黃玉平;趙國(guó)平;徐禎祥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所;中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)控制方法，具體涉及一種用于機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)的模糊變結(jié)構(gòu)控制方法。

背景技術(shù)

隨著磁性材料、電力電子器件和數(shù)字處理器技術(shù)的發(fā)展，高性能伺服電機(jī)與現(xiàn)代控制技術(shù)相結(jié)合，使機(jī)電伺服技術(shù)迅速發(fā)展，在航天伺服控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。永磁同步電機(jī)(PMSM)因其體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出轉(zhuǎn)矩大、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)前的伺服控制中起著越來(lái)越重要的作用。但由于PMSM是一個(gè)具有多變量、強(qiáng)耦合、非線性、變參數(shù)的復(fù)雜系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中，參數(shù)攝動(dòng)及負(fù)載擾動(dòng)等不確定因素均會(huì)影響到控制的動(dòng)靜態(tài)性能指標(biāo)。傳統(tǒng)的控制策略(如PI控制)應(yīng)用于機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)并不能夠取得理想的效果。在參數(shù)匹配良好的條件下能取得較好的性能，一旦系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化將導(dǎo)致系統(tǒng)性能變差，而且動(dòng)態(tài)響應(yīng)和抗干擾能力不能很好的兼顧。

變結(jié)構(gòu)控制對(duì)于外界干擾和參數(shù)變化具有很強(qiáng)的魯棒性能，其突出優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)模態(tài)與系統(tǒng)的外干擾和參數(shù)攝動(dòng)完全無(wú)關(guān)。但由于控制的滯后等原因，變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)存在抖振。抖振問(wèn)題一直阻礙著變結(jié)構(gòu)控制的實(shí)際應(yīng)用

抖振產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)性原因在于：當(dāng)系統(tǒng)相點(diǎn)到達(dá)切換面時(shí)速度很大，空間滯后開(kāi)關(guān)、時(shí)間滯后開(kāi)關(guān)、系統(tǒng)慣性影響、狀態(tài)測(cè)量誤差等因素使切換時(shí)間不是準(zhǔn)確的落在切換面上，而是穿越了切換面上，從而形成抖振現(xiàn)象。

由于控制量切換引起的“抖振”對(duì)實(shí)際系統(tǒng)造成很大危害，許多學(xué)者提出了減抖措施，目前具有代表性的消弱變結(jié)構(gòu)控制抖振的方法主要有高階滑模、柔化sgn(s)函數(shù)法、邊界層法等。

高階滑模是通過(guò)適當(dāng)?shù)妮斎爰胺蔷€性狀態(tài)變化將系統(tǒng)分解為一個(gè)關(guān)于切換變量及其告誡導(dǎo)數(shù)的低階線性子系統(tǒng)和一個(gè)關(guān)于滑膜的低階非線性子系統(tǒng)，滑動(dòng)階數(shù)越高，系統(tǒng)的抖振現(xiàn)象就越弱，與傳統(tǒng)的滑模變結(jié)構(gòu)控制相比，高階滑模在減弱系統(tǒng)抖振方面確實(shí)有明顯的效果，但計(jì)算量大，難以在實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的控制系統(tǒng)中應(yīng)用，且不能在根本上消除抖振現(xiàn)象，不適用于控制精度要求較高的位置伺服系統(tǒng)。柔化sgn(s)函數(shù)法控制有很高的增益，對(duì)于抑制抖振有利，但實(shí)現(xiàn)存在困難。邊界層法的目的是緩解結(jié)構(gòu)切換的不連續(xù)性，結(jié)果也在切換面附近產(chǎn)生一個(gè)高增益，同時(shí)也伴隨滯后，因此抖振依然存在。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)的模糊變結(jié)構(gòu)控制方法，該控制方法能夠有效消除機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)存在的抖振現(xiàn)象，具有良好的位置跟蹤精度與響應(yīng)快速性。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種用于機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)的模糊變結(jié)構(gòu)控制方法，該方法包括以下步驟：

（1）建立機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型；

（2）定義變結(jié)構(gòu)切換函數(shù)，并將切換函數(shù)進(jìn)行模糊化；

（3）計(jì)算切換點(diǎn)

（4）判斷是否進(jìn)入減速階段；

（5）計(jì)算減速速率R_dv。

所述的步驟（1）中的機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型如下：

U(s)＝E(s)+(R_a+L_as)I_a(s)

E(s)＝K_eΩ(s)

T_e(s)＝T_L(s)+JsΩ(s)+BΩ(s)

T_e(s)＝K_TI_a(s)。

所述的步驟（2）中的變結(jié)構(gòu)切換函數(shù)如下：s＝x₁+k_vv。

所述的步驟（2）中采用兩個(gè)模糊控制器變結(jié)構(gòu)切換函數(shù)進(jìn)行模糊化。