基于自抗扰控制的伺服系统输出间隙补偿研究

《基于自抗扰控制的伺服系统输出间隙补偿研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第24卷第2期电力学报Vo1．24No．22009年4月jouRNALOFELECTRICPOWERApr．2009文章编号：1005—6548(2009)02—010504基于自抗扰控制的伺服系统输出问隙补偿研究史建伟，史永丽(1．太原工业学院自动化系，太原030008；2．北京理工大学自动化学院，北京100081)摘要：间隙非线性具有多值性和方向性，普遍存在于伺服系统中，可严重影响伺服系统的控制性能。为此，本文采用自抗扰控制器对伺服系统的输出间隙进行补偿，以抑制间隙非线性对系统性能的影响。自抗扰控制器由跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性

2、反馈控制律三部分组成，其中扩张状态观测器可对间隙引起的输出扰动进行估计，非线性反馈控制律则对估计出的扰动进行补偿。与相关研究相比，自抗扰控制器形式简单，易于工程实现，且具有较高的间隙补偿精度。仿真结果表明，上述方法是可行的。关键词：伺服系统；间隙；自抗扰控制中图分类号：TP273．2文献标识码：A间隙是一种非线性环节，具有非光滑特性，其存文引入了自抗扰控制器(ADRC)。该控制器利用扩在不仅会增大系统的静差，而且还会影响系统的动张状态观测器(ESO)对间隙进行估计，并利用非线态品质，使系统的稳态误差增大，振荡次数增多，甚性状态误差反馈控制律

3、(NLSEF)对估计出的扰动至产生不衰减的自振荡，出现所谓的极限环，可严重进行补偿。与相关研究相比，自抗扰控制器形式简影响伺服系统的控制性能。为了减轻间隙非线性的单，易于工程实现，且具有较高的间隙补偿精度。影响，可以改变机械伺服系统的结构设计，减少传动1间隙模型环节，但在硬件结构已确定的情况下，只能通过适当的补偿控制方法消除间隙的影响，提高系统的性能。间隙环节B(·)所形成的输入输出关系如图1因此，在高性能伺服控制领域，间隙非线性系统的补所示。由于间隙的影响，输出信号相对于输入信号偿与控制一直受到广泛关注j。是非线性的[1j。●对于含输出间

4、隙的非线性系统，TAO等人首先一／JY建立了间隙的逆模型，并提出了输出间隙的自适应。。／z／’夕控制和最优控制方法，以消除间隙非线性的影响口；JANG等人则采用模糊控制实现了间隙的c／／c-，／．／一，逆，提出了自适应模糊间隙补偿控制方法；TAO在研究中则没有采用间隙的逆模型，而是直接采用模糊控制对带间隙的系统进行补偿控制L5j；JUNG图1间隙特性图2间隙逆特性等人采用干扰观测器方法，实现了问隙的补偿控间隙B(·)的数学模型可以表示为：制；HUANG等人针对部分参数不确定系统，应f(()一c1)if(￡)≤l；用灰色预测理论设计了辨识算法

5、，以补偿摩擦和齿Y()一B(z(￡))===m(()一c)if2(￡)≥；隙非线性的影响；文献[8]则应用BP神经网络离lY(一1)ifz<()≤z．线辨识间隙模型，利用辨识结果设计了间隙补偿器；(1)HE等人则采用CMAC神经网络，通过在线学习，其中：2l—(一1)／+cl，z一(一1)／m+C，m为来补偿齿隙非线性引起的控制误差j。传动比，C、C。分别为正、反转间隙宽度。为进一步改善间隙非线性系统的控制性能，本针对间隙B(·)，其逆BI(·)如图2所示，可收稿日期：2008—12—12作者简介：史建伟(1978-)，男，山西太原人，副教

6、授，主要从事反动控制原理研究，(E—mail)SJW一123@Tom．corn106电力学报第24卷表示为：其中：z、是对象状态变量的估计，而z。是系统总fz(t一1if—(t一1)；扰动的实时作用量的估计。2．3非线性反馈控制律ify(t一1)．l2(愚)一y2(是)——2(志)；“。(忌)一卢z(P1(尼)，)+(7)(2)lfaz(e2(忌)，n5，2)；2伺服系统自抗扰控制算法l(是)一M。(是)一盟．LOo为采用自抗扰控制器对伺服系统的输出间隙进fiPl。sig

7、n(e)，leI>；行补偿，可采用图3所示的控制系统结构。自抗扰控制器由跟踪微分器TD、扩张状态观测器ESO和知一1ll—d，⋯≤．非线性反馈控制律NLSEF三部分组成，利用ESO虽然问隙非线性具有多值性和方向性，且会随对间隙引起的输出扰动进行估计，并用ADRC中的着系统的运转时间而发生改变，但ESO是对扰动和反馈控制律对估计出的扰动进行补偿。自抗扰控制非线性实时作用值进行估计，而不用区分其具体作器的优点是不依赖间隙模型，不用测量间隙大小，也用形式。只要ESO达到一定的估计精度，控制器就不需要额外的补偿机制，仅使用一个自抗扰控制器可以给出较

8、高的补偿控制精度。就可完成间隙的补偿和对被控对象的控制。3仿真结果及分析以某水平向炮控伺服系统为例，系统结构如图4所示。其中，J===0．0067kgm。为被控装置的转动惯量；K