[發明專利]一種基于內中外三層回路的電動舵機設計方法

在審

• 申請號: 202211618052.6
• 申請日: 2022-12-15
• 公開（公告）號: CN115933371A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 商諾諾;李一辰;于文彬;宋磊
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02
• 代理公司: 北京達友眾邦知識產權代理事務所(普通合伙) 11904
• 代理人: 宋佳偉

1.一種基于內中外三層回路的電動舵機設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S10，采用角度傳感器測量電動舵機的舵偏角，記作δ；采用速度傳感器，測量電動舵機的舵偏角速度，記作ω；采用電流傳感器測量舵機內部直流電機的電流，記作I；

步驟S20，根據所述的電動舵機的舵偏角信號與電動舵機的輸入指令信號進行對比，得到電動舵機的舵偏角誤差信號；根據舵偏角誤差信號進行非線性變換后得到舵偏角誤差非線性變換信號，再積分，得到舵偏角誤差非線性積分信號；根據舵偏角速度信號進行非線性變換，得到角速度非線性變換信號；再根據舵偏角誤差信號、舵偏角誤差非線性積分信號與舵機角速度信號、舵偏角誤差非線性變換信號、角速度非線性變換信號疊加得到角誤差非線性滑模信號，并進一步解算角速度期望信號如下：

e＝δ-δ^d；

s₁＝k₁e+k₂s_1a+k₃s_1b+k₄s_1c+k₅ω；

其中δ^d為電動舵機的輸入指令信號，e為電動舵機的舵偏角誤差信號；s_1a為舵偏角誤差非線性變換信號；s_1c為舵偏角誤差非線性積分信號；s_1b為角速度非線性變換信號；s₁為角誤差非線性滑模信號；ω^d為角速度期望信號；a₁、ε₁、k₁、k₂、k₃、k₄、k₅、k₆、k₇、k₈為常值參數。

2.根據權利要求1所述的一種基于內中外三層回路的電動舵機設計方法，其特征在于，根據所示的角速度期望信號與舵偏角速度信號進行比較，得到角速度誤差信號；然后對角速度誤差信號進行超前校正，得到角速度誤差超前信號；再進行濾波整理，得到角速度誤差超前濾波信號；再進行非線性變換，得到角速度誤差超前濾波非線性信號；再對角速度誤差信號進行指數型非線性變換，得到角速度誤差非線性信號；再進行積分運算，得到角速度誤差非線性積分信號；最后疊加角速度誤差信號、角速度誤差非線性信號、角速度誤差非線性積分信號、角速度誤差超前濾波信號、角速度誤差超前濾波非線性信號得到角速度非線性滑模信號，然后進行比例放大與非線性變換得到電流期望信號如下：

z＝ω-ω^d；

s₂＝d₁z+d₂s_2a+d₃s_2b+d₄s_2c+d₅z_d；

其中z為角速度誤差信號；z_d1為角速度誤差超前信號；z_d為角速度誤差超前濾波信號；s_2a為角速度誤差非線性信號；s_2c為角速度誤差非線性積分信號；s_2b為角速度誤差超前濾波非線性信號；s₂為角速度非線性滑模信號；I^d為電流期望信號；a₂、a₃、a₄、ε₂、d₁、d₂、d₃、d₄、d₅、d₆、d₇、d₈為常值參數。

3.根據權利要求2所述的一種基于內中外三層回路的電動舵機設計方法，其特征在于，根據所述的電流期望信號，與舵機內部直流電機的電流信號進行對比，得到電流誤差信號；然后對電流誤差信號進行超前校正，得到電流誤差超前信號；再進行濾波整理，得到電流誤差超前濾波信號；再進行非線性變換，得到電流誤差超前濾波非線性信號；再對電流誤差信號進行指數型非線性變換，得到電流誤差非線性信號；再進行積分運算，得到電流誤差非線性積分信號；最后疊加電流誤差信號、電流誤差非線性信號、電流誤差非線性積分信號、電流誤差超前濾波信號、電流誤差超前濾波非線性信號得到電流非線性滑模信號，然后進行比例放大與非線性變換得到舵機的電流控制信號，輸送給直流電機，實現舵機對給定指令信號的跟蹤如下：

w＝I-I^d；

s_3c＝∫s_3adt；

s₃＝l₁w+l₂s_3a+l₃s_3b+l₄s_3c+l₅w_d；

其中w為電流誤差信號；w_d1為電流誤差超前信號；w_d為電流誤差超前濾波信號；s_3a為電流誤差非線性信號；s_3c為電流誤差非線性積分信號；s_3b為電流誤差超前濾波非線性信號；s₃為電流非線性滑模信號；u為舵機的電流控制信號；ε₃、l₁、l₂、l₃、l₄、l₅、l₆、l₇、l₈為常值參數。