專利名稱：一種基于mit的超聲波電機(jī)模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于MIT的超聲波電機(jī)模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng),屬于超聲波電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超聲波電機(jī)是一種新型的運動控制執(zhí)行元件，具有不同于傳統(tǒng)電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)。由于運行機(jī)理的特殊性，超聲波電機(jī)的運行離不開適當(dāng)?shù)尿?qū)動電路和控制策略。與數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展同步，超聲波電機(jī)的控制策略越來越多地采用數(shù)字控制的實現(xiàn)技術(shù)，在硬件結(jié)構(gòu)上體現(xiàn)為在嵌入式微處理器芯片中實時執(zhí)行的控制程序。單片機(jī)、DSP等微處理器芯片與驅(qū)動電路結(jié)合在一起，成為驅(qū)動控制電路，與超聲波電機(jī)一起構(gòu)成了超聲波電機(jī)運動控制裝置。對于超聲波電機(jī)的控制，和其它任何對象的控制一樣，我們總是希望用相對簡單的控制方法實現(xiàn)期望的控制性能。這樣，不僅可以降低系統(tǒng)成本，還會因為降低了系統(tǒng)復(fù)雜性而提高系統(tǒng)運行的可靠性。但是，由于超聲波電機(jī)所具有的時變非線性特征，控制性能不易采用簡單的方法來提高，一般都是采用自適應(yīng)自適應(yīng)控制方法。在眾多的自適應(yīng)控制方法中，基于梯度優(yōu)化方法的MIT模型參考自適應(yīng)控制方法是一種相對簡單的方法。作為一種模型參考自適應(yīng)控制方法，MIT控制方法根據(jù)適當(dāng)?shù)淖赃m應(yīng)律，在線調(diào)整控制器參數(shù)，使超聲波電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的實際轉(zhuǎn)速響應(yīng)跟蹤由參考模型表達(dá)的期望響應(yīng)過程，從而實現(xiàn)對超聲波電機(jī)時變特性的自適應(yīng)隨動，改善控制性能。MIT方法的控制器是一個簡單的比例控制器，所以控制算法簡潔，在線計算量小。

圖1給出了超聲波電機(jī)MIT自適應(yīng)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。其中，k。為閉環(huán)比例控制器，增益k。由自適應(yīng)律根據(jù)轉(zhuǎn)速輸出側(cè)的廣義誤差進(jìn)行在線調(diào)整?？刂破鞯妮敵隹刂屏繛槌暡姍C(jī)驅(qū)動電壓的頻率。參考模型與超聲波電機(jī)模型的動態(tài)部分N(S)/D(S)完全相同，僅增益不同，分別為k和kv。參考模型的增益k為常數(shù)，超聲波電機(jī)的增益kv則是時變的，隨電機(jī)自身特性時變及各種擾動的出現(xiàn)而變化?？烧{(diào)增益k。的作用，就在于補償kv的變化，使可調(diào)增益k。與超聲波電機(jī)時變增益kv的乘積等于(實際上是趨近)參考模型的增益k，從而努力使電機(jī)轉(zhuǎn)速響應(yīng)過程與期望的參考模型特性一致。參考模型是這個系統(tǒng)的重要組成部分，體現(xiàn)了對系統(tǒng)控制性能的要求，應(yīng)該按照期望的控制性能來設(shè)計參考模型。理想情況下，系統(tǒng)的控制性能與參考模型的性能一樣，也就達(dá)到了期望的控制性能。但是，在MIT模型參考自適應(yīng)控制方法中，要求參考模型與被控對象(超聲波電機(jī))模型僅有增益不同、動態(tài)環(huán)節(jié)相同。為滿足這一前提條件，這種控制方法的參考模型的設(shè)計就不是任意的，這就可能與“參考模型表征控制期望”這一要求相抵觸。用于超聲波電機(jī)轉(zhuǎn)速控制時，就出現(xiàn)了這種抵觸，使參考模型無法設(shè)計，MIT控制方法也就無法應(yīng)用于超聲波電機(jī)控制系統(tǒng)。根據(jù)超聲波電機(jī)二階數(shù)學(xué)模型，在轉(zhuǎn)速給定值為20.3r/min的情況下，經(jīng)過歸一化處理后，得到二階欠阻尼模型標(biāo)準(zhǔn)形式的單位傳遞函數(shù)為
權(quán)利要求
1.一種基于MIT的超聲波電機(jī)模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于:該自適應(yīng)控制系統(tǒng)包括閉環(huán)比例控制器、參考模型、超聲波電機(jī)模型、自適應(yīng)律模塊和輔助控制器，所述的輔助控制器設(shè)置在閉環(huán)比例控制器和超聲波電機(jī)模型之間，輔助控制器的輸入端與閉環(huán)比例控制器的輸出端相連，輔助控制器的輸出端與超聲波電機(jī)模型的輸入端相連， 所述的參考模型為Gw(X) =，，k為模型的增益部分，A(s)/B(s)為模型的動態(tài)部 B(S)分，該參考模型的輸入為超聲波電機(jī)轉(zhuǎn)速的給定值Nraf,輸出為nm ； (S、 所述的超聲波電機(jī)模型為((上')=1#，kv為模型的增益部分，N(s)/D (s)為模型的動態(tài)部分，該超聲波電機(jī)模型的輸入為輔助控制控制器的輸出，超聲波電機(jī)模型的輸出為η ； 所述的閉環(huán)比例控制器的可調(diào)增益為k。，k。的變化由自適應(yīng)律模塊控制； 所述的輔助控制器模型為O) =，其輸入為； 所述的自適應(yīng)律模塊采用的是梯度優(yōu)化算法的自適應(yīng)律，自適應(yīng)律為k。= μ.e * nffl,其中e是參考模型的輸出和 超聲波電機(jī)模型的輸出之間的誤差，e=nffl-n,自適應(yīng)系數(shù)β — λ~- j λ為梯度優(yōu)化算法中的步距,且λ >0。K
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MIT的超聲波電機(jī)模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的輔助控制器模型Ga(S)與超聲波電機(jī)模型Gp(S)串聯(lián)組成廣義被控對象G(S)， 邠)調(diào).G⑷卿迎=碰。p B(s)N(s) D(s) B(s)
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于MIT的超聲波電機(jī)模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)，屬于超聲波電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過在閉環(huán)比例控制器和超聲波電機(jī)模型之間增設(shè)一輔助控制器，該輔助控制器與超聲波電機(jī)模型串聯(lián)組成廣義被控對象，參考模型的動態(tài)部分只需與廣義被控對象的動態(tài)部分相同即可，使得參考模型不再與被控對象(超聲波電機(jī))模型有密切關(guān)系，參考模型的增益和動態(tài)部分均可與被控對象模型不同，從而使得參考模型能夠準(zhǔn)確反應(yīng)期望特性，使MIT控制方法能夠應(yīng)用到超聲波電機(jī)的控制系統(tǒng)中，同時又采用基于梯度優(yōu)化的自適應(yīng)律，使得對閉環(huán)比例控制器的可調(diào)增益kc進(jìn)行在線自適應(yīng)調(diào)整的計算量小，從而有助于提高該系統(tǒng)的運行效率，降低系統(tǒng)成本。
文檔編號G05B13/04GK103149843SQ20131008019
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月13日
發(fā)明者史敬灼, 沈曉茜, 王曉節(jié), 馬秋杰, 張亞楠 申請人:河南科技大學(xué)