[發明專利]伺服系統的主動容錯控制方法

有效

• 申請號: 201610040709.3
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN105700351B
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 任雪梅;郭富民;李林偉;曾添一;喬大鵬;李原
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 毛燕

本發明涉及一種伺服系統的主動容錯控制方法，包括：步驟1，將電機伺服系統建模為帶有未知輸入和執行器故障的線性模型；步驟2，設計魯棒故障估計器，估計系統故障；步驟3，根據所述估計的系統故障設計輸出反饋容錯控制器。根據本發明的伺服系統的主動容錯控制方法，通過故障估計器得到系統的故障信息，使得電機伺服系統能夠根據故障情況來對控制器的參數和結構重新調整從而保證故障后系統的穩定性，實現對發生的故障進行主動處理，具有很高的靈活性。

技術領域

本發明涉及機電控制技術領域，具體而言，涉及一種伺服系統的主動容錯控制方法。

背景技術

伺服電機作為現代工業的主要能源動力設備，廣泛地應用在生活中的各個領域，如機床、印刷、安防和通信等。隨著科學技術的不斷進步和發展，伺服控制系統的復雜程度變得越來越高。一些大型的伺服控制系統，如火炮位置伺服系統、雷達天線的主動跟蹤系統、航空炮塔伺服系統等，由于工作環境和工作條件的特殊性，一旦發生故障，便會造成巨大的財產損失和人員傷亡，甚至導致整個系統的癱瘓。因此，現代工業領域和軍事領域對伺服控制系統的安全性、可靠性和可用性提出了更高的要求。為了改進伺服控制系統的安全性和可靠性，傳統的方法主要集中于如何增進系統的魯棒性。然而，大量的實踐表明即便如此，系統運行過程中仍不可避免故障的發生。因此，有效地減少故障對系統帶來的影響是非常重要的。

容錯控制技術是一種提高系統安全性和可靠性的非常重要方法。容錯控制思想起源于Niederlinski于1971年提出的完整性控制，是指如果系統的執行器、傳感器或者其他元部件發生故障時，系統仍然穩定而且具有較理想的特性。容錯控制可以分為被動容錯控制和主動容錯控制。被動容錯控制是指在不改變控制器結構和參數的條件下，利用魯棒技術使系統對某些故障具有不敏感性。主動容錯控制是指系統在故障發生后根據故障情況來對控制器的參數和結構重新調整從而保證故障后系統的穩定性，它能夠實現對發生的故障進行主動處理，具有很高的靈活性。

發明內容

本發明旨在提供一種提高魯棒性的伺服系統的主動容錯控制方法。

為了達到上述目的，本發明提供了伺服系統的主動容錯控制方法，步驟包括步驟1，將電機伺服系統建模為帶有未知輸入和執行器故障的線性模型；步驟2，設計魯棒故障估計器，估計系統故障；步驟3，根據估計的系統故障建立輸出反饋容錯控制器。

進一步地，步驟11，建立電機伺服系統的動力學模型：

其中，U是電壓，R是定子電阻，I是定子電流，L是定子電感，θ_m是電機轉角，是電機轉速，J_m是電機轉動慣量，θ_d是負載轉角，是負載轉速，J_d表示負載轉動慣量，C_e是反電動勢系數，K_d是電磁力矩系數，b_m是等效粘性阻尼系數，i_m是傳動比，k是剛度系數；步驟12，令x₁＝i，x₂＝θ_m，x₄＝θ_d，u＝U，將動力學模型轉化為以下狀態空間表達式：

其中，x(t)是狀態向量，u(t)是輸入向量，y(t)是輸出向量，

步驟13，假設w(t)為未知輸入向量，f(t)為執行器故障，得到故障系統模型為：

其中，E_w是已知的適維矩陣，E_f是故障矩陣表示執行器故障對系統的影響。

進一步地，步驟21，設計基于觀測器的魯棒故障估計器，狀態空間方程如下：