[發(fā)明專利]基于輸出反饋反步控制的壓電電機死區(qū)控制系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710518972.3
• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN107276455B
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 傅平
• 申請（專利權(quán)）人: 閩江學(xué)院
• 主分類號: H02N2/14
• 分類號: H02N2/14
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

1.一種基于輸出反饋反步控制的壓電電機死區(qū)控制系統(tǒng)，包括一基座以及設(shè)于基座上的壓電電機；所述壓電電機一側(cè)輸出軸與一光電編碼器相連接，另一側(cè)輸出軸與一飛輪慣性負(fù)載相連接；所述飛輪慣性負(fù)載的輸出軸經(jīng)一聯(lián)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以及所述壓電電機的輸入端分別與一控制系統(tǒng)相連；所述控制系統(tǒng)內(nèi)搭載一反步自適應(yīng)控制器，通過反步控制方法來控制電機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度，再通過計算轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度間接控制電機的速度，并通過李亞普諾夫穩(wěn)定性函數(shù)獲得反饋控制參數(shù)的強健性方法，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，其特征在于，記總集不確定項的邊界為已知，|D(t)|≤ρ，ρ為一個預(yù)設(shè)正常數(shù)項，采用反饋控制對系統(tǒng)進行伺服控制：

記非線性系統(tǒng)如下：

其中，Y_i是已知的連續(xù)的線性或者非線性失真，d(t)表示有界外部擾動，參數(shù)a_i是未知常數(shù)，控制增益b是常數(shù)，v是控制輸入，u(v)表示死區(qū)非線性函數(shù)；

其中，b_r≥0,b_l≤0和m>0是常數(shù)，v是輸入，u是輸出；

u(t)＝mv(t)+d₁(v(t))

其中，

則d₁(v(t))是有界的；

記：

其中，β＝bm和d(t)的影響是由于兩者外部擾動和bd₁(v(t))，令d(t)為干擾項，并使用D表示其界限；

則：

其中，a＝[-a₁,-a₂,…,-a_r]^T，Y＝[Y₁，Y₂，L，Y_r]^T；x表示位置信號；

反步自適應(yīng)控制方法如下：

α₁＝-c₁z₁

參數(shù)更新方法如下：

其中，不確定參數(shù)b和m使得β＞0；期望的軌跡y_r(t)和其(n-1)階導(dǎo)數(shù)是已知和有界；閉環(huán)在環(huán)路中的所有信號都是穩(wěn)定均勻的最終有界；跟蹤誤差x(t)-y_r(t)在瞬態(tài)周期期間是可調(diào)的；x(t)表示t時刻的位置信號；

lim_t→∞x(t)-y_r(t)＝0或lim_t→∞|x(t)-y_r(t)|-δ₁＝0對于任意指定的邊界δ₁＝0；

對于c_i,i＝1,L,n，c_i是正設(shè)計參數(shù)，γ和η是兩個正設(shè)計參數(shù)，Γ是一個正定矩陣，和是e＝1/β、a和D的估計，δ_i(i＝1,L,n)是正設(shè)計參數(shù)，q＝round{(n-i+2)/2}，round{x}表示x的元素到最接近的整數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于輸出反饋反步控制的壓電電機死區(qū)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括一壓電電機驅(qū)動控制電路；所述壓電電機驅(qū)動控制電路包括一控制芯片電路和一驅(qū)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相應(yīng)輸入端相連接，所述控制芯片電路的輸出端與所述驅(qū)動芯片電路的相應(yīng)輸入端相連接，以驅(qū)動所述驅(qū)動芯片電路；所述驅(qū)動芯片電路的驅(qū)動頻率調(diào)節(jié)信號輸出端和驅(qū)動半橋電路調(diào)節(jié)信號輸出端分別與所述壓電電機的相應(yīng)輸入端相連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于輸出反饋反步控制的壓電電機死區(qū)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述聯(lián)軸器為彈性聯(lián)軸器。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于輸出反饋反步控制的壓電電機死區(qū)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述壓電電機、光電編碼器、力矩傳感器分別經(jīng)壓電電機固定支架、光電編碼器固定支架、力矩傳感器固定支架固定于所述基座上。