[發(fā)明專(zhuān)利]基于摩擦整體逼近的伺服系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710746089.X
• 申請(qǐng)日: 2017-08-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107577146B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡健;王元?jiǎng)?/a>
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 分類(lèi)號(hào): G05B13/04;G05B13/02
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專(zhuān)利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于摩擦整體逼近的伺服系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制方法，屬于機(jī)電伺服控制領(lǐng)域，控制方法包括：建立機(jī)電伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；設(shè)計(jì)基于摩擦整體逼近的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制器；運(yùn)用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試。本發(fā)明通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)摩擦進(jìn)行整體逼近，并采用非線性魯棒項(xiàng)補(bǔ)償神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的逼近誤差，控制器只利用位置和速度信號(hào)進(jìn)行反饋控制，不需要知道摩擦的精確模型，就能夠有效地補(bǔ)償非線性摩擦，保證伺服系統(tǒng)優(yōu)良的控制性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種控制方法，具體涉及一種基于摩擦整體逼近的伺服系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制方法。

背景技術(shù)

摩擦的存在對(duì)伺服控制系統(tǒng)性能造成的不良影響，主要體現(xiàn)在由于摩擦過(guò)程本身激發(fā)的不平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)造成系統(tǒng)的死區(qū)非線性，使分辨率及重復(fù)精度降低，當(dāng)?shù)退俑檿r(shí)，由于存在動(dòng)靜摩擦力矩之差，伺服系統(tǒng)可能出現(xiàn)跳動(dòng)和爬行現(xiàn)象，不能保持速度的平穩(wěn)性。由于摩擦嚴(yán)重阻礙了系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提高，因此，關(guān)于伺服系統(tǒng)的摩擦補(bǔ)償技術(shù)一直是快速高精度響應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。

在非線性摩擦的影響下，傳統(tǒng)控制方式早已難以滿足伺服系統(tǒng)的跟蹤精度要求。對(duì)于面向模型不確定性的高性能非線性控制器，雖然得到了廣泛的應(yīng)用，但是其設(shè)計(jì)存在較大難度。一旦所研究的對(duì)象較為復(fù)雜，系統(tǒng)狀態(tài)變量增多，不確定性增加，就會(huì)大大增加控制器設(shè)計(jì)的難度，導(dǎo)致公式難以推導(dǎo)，穩(wěn)定性證明困難等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于摩擦整體逼近的伺服系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為：一種基于摩擦整體逼近的伺服系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制方法，包括以下幾個(gè)步驟：

步驟1，建立機(jī)電伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；

步驟2，設(shè)計(jì)基于摩擦整體逼近的機(jī)電伺服系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制器；

步驟3，運(yùn)用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論對(duì)含有非線性摩擦的機(jī)電伺服系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：本發(fā)明所設(shè)計(jì)的基于摩擦整體逼近的機(jī)電伺服系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制方法，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)摩擦進(jìn)行整體逼近，并采用非線性魯棒項(xiàng)補(bǔ)償神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的逼近誤差，控制器只利用位置和速度信號(hào)，不需要知道摩擦的精確模型，就能夠有效地補(bǔ)償非線性摩擦。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的摩擦補(bǔ)償控制方法流程圖。

圖2是伺服系統(tǒng)的摩擦補(bǔ)償控制方法的原理示意圖。

圖3是系統(tǒng)期望的跟蹤信號(hào)示意圖。

圖4是兩種控制器下的位置跟蹤誤差曲線圖。

圖5是實(shí)際的摩擦曲線和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)器對(duì)摩擦F的估計(jì)曲線圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1、圖2，本發(fā)明的一種基于摩擦整體逼近的伺服系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制方法，包括以下步驟：

步驟一、建立電機(jī)伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。

電機(jī)伺服系統(tǒng)的狀態(tài)方程為：

式中m表示慣性負(fù)載，x₁表示角位移，x₂表示角速度；U是系統(tǒng)控制輸入；F是摩擦力矩；T_L是負(fù)載扭矩；假設(shè)給定所期望的運(yùn)動(dòng)軌跡x_1d(t)是二階連續(xù)可微的，未知參數(shù)m和T_L是有界的。

步驟二、設(shè)計(jì)基于摩擦整體逼近的機(jī)電伺服系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制方法，具體步驟如下：

步驟2-1、定義變量如下：