[發(fā)明專利]一種自抗擾控制器及其設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110644187.9
• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113325805B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡濤;車康楠;宗志程;陳杰
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G05B19/414
• 分類號: G05B19/414
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 溫子云;李愛英

1.一種自抗擾控制器的設(shè)計(jì)方法，所述設(shè)計(jì)方法，包括：

步驟S201：構(gòu)建伺服系統(tǒng)的LuGre模型，辨識該伺服系統(tǒng)的LuGre模型的參數(shù)；

步驟S202：基于二階跟蹤微分器獲取伺服系統(tǒng)參考輸入信號的微分信號；

步驟S203：基于所述LuGre模型確定的補(bǔ)償力矩，引入中間狀態(tài)，采用降階方式，設(shè)計(jì)速度環(huán)降階擴(kuò)張狀態(tài)觀測器，估算LuGre模型補(bǔ)償摩擦力矩后的補(bǔ)償誤差；

步驟S204：設(shè)置速度環(huán)線性控制律；

步驟S205：修正伺服系統(tǒng)的狀態(tài)方程，設(shè)計(jì)位置環(huán)擴(kuò)張狀態(tài)觀測器，估算殘余力矩以及其它擾動；

步驟S206：設(shè)置位置環(huán)線性控制律；

所述辨識該伺服系統(tǒng)的LuGre模型的參數(shù)，包括：

靜態(tài)參數(shù)辨識和動態(tài)參數(shù)辨識，其中粘性摩擦系數(shù)σ₂、庫倫摩擦力矩F_c、最大靜摩擦力矩F_s以及Stribeck特征速度為模型的靜態(tài)參數(shù)，剛性系數(shù)σ₀和阻尼系數(shù)σ₁為模型的動態(tài)參數(shù)；對于靜態(tài)參數(shù)的辨識采用曲線擬合的方法進(jìn)行辨識；

其中θ_s為靜摩擦區(qū)域的穩(wěn)態(tài)角位移，輸入一個(gè)階躍信號來得到θ_s；

其中，J為系統(tǒng)總慣量，ξ取值為0.7；

為θ的一階導(dǎo)數(shù)，θ為位置信號。

2.如權(quán)利要求1所述的自抗擾控制器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟S202：基于二階跟蹤微分器獲取伺服系統(tǒng)參考輸入信號的微分信號，包括：

二階跟蹤微分器執(zhí)行如下計(jì)算：

其中，

其中，x₁(k+1)為x₁(k)的下一時(shí)刻狀態(tài)，x₂(k+1)為x₂(k)的下一時(shí)刻的狀態(tài)，v(k)為輸入信號，r₀為決定跟蹤快慢的參數(shù)，h₀為濾波因子，fst(x₁(k)-v(k),x₂(k),r₀,h₀)為非線性函數(shù)，a，c，a₀，d，d₀均為中間數(shù)據(jù)，x₁(k)為輸入信號的跟蹤信號，x₂(k)為x₁(k)的導(dǎo)數(shù)，即跟蹤信號的微分信號，h為積分步長，將該二階跟蹤微分器獲取的輸入信號的微分信號作為LuGre模型的輸入信號。

3.如權(quán)利要求2所述的自抗擾控制器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述設(shè)計(jì)速度環(huán)降階擴(kuò)張狀態(tài)觀測器，包括：

引入中間狀態(tài)其中，得到速度環(huán)降階擴(kuò)張狀態(tài)觀測器為

其中，為z的一階導(dǎo)數(shù)，z₁為對應(yīng)的中間狀態(tài)，z₂為對應(yīng)的中間狀態(tài)，b_0v為常數(shù)，y為伺服系統(tǒng)位置，k_cg為電流環(huán)增益和電磁轉(zhuǎn)矩常數(shù)的乘積，ω_ov為速度環(huán)降階擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的帶寬，為的估計(jì)值，θ為位置信號，為θ的一階導(dǎo)數(shù)，J為伺服系統(tǒng)總慣量，L為反饋矩陣，u為速度環(huán)降階擴(kuò)張狀態(tài)觀測器輸入。

4.如權(quán)利要求3所述的自抗擾控制器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟S204：獲取速度環(huán)線性控制律，包括：

速度環(huán)線性控制律為：

其中r₁為速度環(huán)的參考輸入，為r的微分信號，r為伺服系統(tǒng)的參考輸入，ω_cv為速度環(huán)降階擴(kuò)張狀態(tài)觀測器帶寬，u₁為速度環(huán)控制量。