本發(fā)明涉及自適應(yīng)控制，具體涉及一種用于轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的自適應(yīng)控制方法。

背景技術(shù)：

1、這里的陳述僅提供與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)，而不必然地構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。

2、純反饋非線性系統(tǒng)的輸出跟蹤控制一直是有相當多研究的課題；其中，典型的目標是設(shè)計一個控制器來保證閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)跟蹤性能。然而，許多實際復(fù)雜系統(tǒng)的控制，如航天器交會對接、導彈攔截、過程控制等，除了必要的穩(wěn)定性要求外，出于任務(wù)完成或運行質(zhì)量的目的，對瞬態(tài)性能進行了額外的重視。

3、在現(xiàn)有方法中，通過控制設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)指定的性能指標，如跟蹤誤差的收斂速度、沉降時間等被稱為規(guī)定性能的控制問題；但實際系統(tǒng)在運行過程中可能出現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)突然故障，導致系統(tǒng)性能下降，甚至發(fā)生災(zāi)難性事故。因此，控制設(shè)計中硬具備自適應(yīng)容錯控制，以此保證運行的可靠性和安全性。

4、轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)作為純反饋非線性系統(tǒng)中的一種特殊形式，在實踐中，時變和干擾是普遍存在的；但現(xiàn)有方法太過依賴于轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的原始條件和設(shè)計參數(shù)，導致無法保證全局規(guī)定的瞬態(tài)性能；同時現(xiàn)有方法需要考慮軌跡的高階導數(shù)，使得整個控制方法較為復(fù)雜，也無法實現(xiàn)精準的輸出跟蹤。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的自適應(yīng)控制方法，通過在轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)中引入漏斗函數(shù)，并結(jié)合lyapunov函數(shù)和約束估計方法，最終輸出漸近跟蹤給定跟蹤曲線，保證全局規(guī)定的瞬態(tài)性能，使得在穩(wěn)定時間和跟蹤精度方面的性能指標可以根據(jù)任務(wù)要求離線預(yù)分配，而不依賴于初始條件和任何設(shè)計參數(shù)，同時不需要了解參考軌跡的高階導數(shù)。

2、本發(fā)明的目的是提供一種用于轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的自適應(yīng)控制方法，包括：

3、構(gòu)建轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運動的動力學方程，根據(jù)動力學方程得到具有不匹配的固有未知時變參數(shù)和外部非消失干擾的一種特殊純反饋非線性系統(tǒng)的狀態(tài)方程；

4、考慮到轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)中會出現(xiàn)模擬的非預(yù)期執(zhí)行器故障，選取故障函數(shù)；其中，和為未知函數(shù)，但有界、且片段連續(xù)，且表示制動器有效性，表示加性驅(qū)動故障；

5、構(gòu)建漏斗約束函數(shù)來約束跟蹤誤差變量進而實現(xiàn)消除跟蹤控制中對的初始條件依賴限制，并保證全局規(guī)定的瞬態(tài)性能，同時基于漏斗約束函數(shù)和坐標變換函數(shù)對動力學方程進行坐標變換；

6、構(gòu)建lyapunov函數(shù)、虛擬控制律、自適應(yīng)控制律和實際控制輸入，來驗證選取的lyapunov函數(shù)的一階導數(shù)是否成立；若成立，則證明所設(shè)計的有限時間預(yù)定性能自適應(yīng)控制方法在有限時間內(nèi)使得閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定；若不成立，則重新構(gòu)建lyapunov函數(shù)、虛擬控制律、自適應(yīng)控制律和實際控制輸入，直到成立為止。

7、作為進一步的技術(shù)方案，所述轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)由永磁同步電機、dsp和電機驅(qū)動卡中的pwm放大器組成。

8、作為進一步的技術(shù)方案，所述狀態(tài)方程為：

9、；

10、其中，為轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)中的時變參數(shù)，分別為的一階導數(shù)，和為外部擾動，為電動機慣性，為實際控制輸入，，，，為系統(tǒng)參數(shù)，為摩擦力矩，為負載轉(zhuǎn)矩，為擾動力矩，為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，為電動勢系數(shù)，為電阻。

11、作為進一步的技術(shù)方案，所述漏斗約束函數(shù)的表達式為：

12、；

13、其中，為給定精度界，為收斂時間，是滿足的正整數(shù)。

14、作為進一步的技術(shù)方案，所述坐標變換函數(shù)為：

15、；

16、其中，為轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的輸出，為期望軌跡，是控制器設(shè)計中的虛擬控制函數(shù)，為漏斗約束函數(shù)。

17、作為進一步的技術(shù)方案，所述lyapunov函數(shù)包括：

18、；

19、；

20、其中，為自適應(yīng)速率，為估計誤差，為常數(shù)。

21、作為進一步的技術(shù)方案，所述虛擬控制律包括：

22、；

23、其中，，為正時變函數(shù)。

24、作為進一步的技術(shù)方案，所述自適應(yīng)控制律包括：

25、；

26、其中，表示未知常數(shù)的估計，為正時變函數(shù)，，，，。

27、作為進一步的技術(shù)方案，所述實際控制輸入為：

28、；

29、其中，為虛擬控制律，為正時變函數(shù)。

30、以上一個或多個技術(shù)方案的有益效果：

31、本發(fā)明通過在純反饋非線性系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)中引入漏斗函數(shù)，并結(jié)合lyapunov函數(shù)和約束估計方法，最終輸出漸近跟蹤給定跟蹤曲線，能夠處理相對度高、時變不確定性的非線性系統(tǒng)；同時保證了全局規(guī)定的瞬態(tài)性能，使得在穩(wěn)定時間和跟蹤精度方面的性能指標可以根據(jù)任務(wù)要求離線預(yù)分配，而不依賴于初始條件和任何設(shè)計參數(shù)；同時實現(xiàn)漸近輸出跟蹤，不需要了解參考軌跡的高階導數(shù)。

技術(shù)特征：

1.一種用于轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的自適應(yīng)控制方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的一種用于轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)由永磁同步電機、dsp和電機驅(qū)動卡中的pwm放大器組成。

3.如權(quán)利要求1所述的一種用于轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的動力學方程為：

4.如權(quán)利要求1所述的一種用于轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述漏斗約束函數(shù)的表達式為：

5.如權(quán)利要求1所述的一種用于轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述坐標變換函數(shù)為：

6.如權(quán)利要求1所述的一種用于轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述lyapunov函數(shù)包括：

7.如權(quán)利要求1所述的一種用于轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述虛擬控制律包括：

8.如權(quán)利要求1所述的一種用于轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述自適應(yīng)控制律包括：

9.如權(quán)利要求1所述的一種用于轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述實際控制輸入為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種用于轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的自適應(yīng)控制方法，屬于自適應(yīng)控制領(lǐng)域；通過在純反饋非線性系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)中引入漏斗函數(shù)，并結(jié)合Lyapunov函數(shù)和約束估計方法，最終輸出漸近跟蹤給定跟蹤曲線，能夠處理相對度高、時變不確定性的非線性系統(tǒng)；同時保證了全局規(guī)定的瞬態(tài)性能，使得在穩(wěn)定時間和跟蹤精度方面的性能指標可以根據(jù)任務(wù)要求離線預(yù)分配，而不依賴于初始條件和任何設(shè)計參數(shù)；同時實現(xiàn)漸近輸出跟蹤，不需要了解參考軌跡的高階導數(shù)。

技術(shù)研發(fā)人員：趙彥,王振巖,于江波,王新宇,王桂娟,宋海軍,蒙碩
受保護的技術(shù)使用者：山東建筑大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30