[發明專利]輸入飽和條件下超聲波電機伺服自適應控制系統及方法

有效

• 申請號: 201710268740.7
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN106877774B
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 傅平
• 申請（專利權）人: 閩江學院
• 主分類號: H02P23/04
• 分類號: H02P23/04;H02P25/02
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

發明涉及一種輸入飽和條件下超聲波電機伺服自適應控制系統及方法，該系統包括基座、設于基座上的用于固定超聲波電機的超聲波電機固定架，超聲波電機一側輸出軸與光電編碼器相連接，另一側輸出軸與飛輪慣性負載相連接；飛輪慣性負載的輸出軸經聯軸器與力矩傳感器相連接；光電編碼器的信號輸出端、力矩傳感器的信號輸出端分別接至控制系統。該控制系統由反步控制器和電機組成，整個控制器的系統建立在反步計算的基礎上，從而能獲得更好的控制效能。本發明所提出的一種輸入飽和條件下超聲波電機伺服自適應控制系統及方法，不僅控制準確度高，而且結構簡單、緊湊，使用效果好。

技術領域

本發明電機控制器領域，特別是一種輸入飽和條件下超聲波電機伺服自適應控制系統及方法。

背景技術

現有的超聲波電機反步自適應伺服控制系統的設計中有一個不連續函數sgn(z_n)參與控制,這可能會導致顫振。為了避免這種情況,我們現在提出改進的反步自適應控制方案。此控制系統能有效的增進系統的控制效能，并進一步減少系統對于不確定性的影響程度。因此電機的位置與速度控制可以獲得較好的動態特性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種輸入飽和條件下超聲波電機伺服自適應控制系統及方法，以克服現有技術中存在的缺陷。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種輸入飽和條件下超聲波電機伺服自適應控制系統，包括一基座、設于基座上的用于固定一超聲波電機的超聲波電機固定架，所述超聲波電機一側輸出軸與一光電編碼器相連接，另一側輸出軸與一飛輪慣性負載相連接；所述飛輪慣性負載的輸出軸經一聯軸器與一力矩傳感器相連接；所述光電編碼器的信號輸出端、所述力矩傳感器的信號輸出端分別接至一控制系統。

在本發明一實施例中，所述控制系統包括超聲波電機驅動控制電路；所述超聲波電機驅動控制電路包括控制芯片電路和驅動芯片電路；所述光電編碼器的信號輸出端與所述控制芯片電路的輸入端相連接；所述控制芯片電路的輸出端與所述驅動芯片電路的輸入端相連接，以驅動所述驅動芯片電路；所述驅動芯片電路的驅動頻率調節信號輸出端和驅動半橋電路調節信號輸出端分別與所述超聲波電機的輸入端相連接。

還提供一種輸入飽和條件下超聲波電機伺服自適應控制方法，所述控制器系統采用反步控制的控制方式，通過構建反步控制器，控制所述超聲波電機的電機轉子旋轉角度，再通過計算轉子的旋轉角度控制所述超聲波電機的速度；并通過李亞普諾夫穩定性定理構建用于表征反步控制參數強健性學習法則的李亞普諾夫函數。

在本發明一實施例中，所述超聲波電機的驅動系統的動態方程為：

其中，A_p＝-B/J,B_P＝J/K_t＞0,C_P＝-1/J；B為阻尼系數，J為轉動慣量，K_t為電流因子，T_f(v)為摩擦阻力力矩，T_L為負載力矩，U(t)是電機的輸出力矩，θ_r(t)為通過光電編碼器測量得到的位置信號；

記系統的參數均已知，外力干擾、交叉耦合干擾和摩擦力均為零，則電機的標準模型為：

其中，A_n為A_p的標準值，B_n為B_P的標準值；

若產生不確定項，則系統的動態方程為：

其中，C_n為C_P的標準值，ΔA，ΔB、ΔC為微小變化量，D(t)為總集不確定項，并記為：

令所述總集不確定項的邊界為已知，|D(t)|≤ρ，ρ為預設正常數項；