目前,非線性伺服系統(tǒng)控制的性能要求已由以往的穩(wěn)定性、可靠性逐漸向高精度、快速性、強(qiáng)魯棒性、抗干擾性能等綜合方向發(fā)展。在眾多魯棒性控制方法中,滑�？刂埔蚱鋵�(duì)系統(tǒng)建模誤差、參數(shù)攝動(dòng)以及外部擾動(dòng)等不確定特性具有較強(qiáng)的魯棒性而受到廣泛研究,但滑�？刂埔蕾囉谙到y(tǒng)精確模型,且存在一定的抖振問(wèn)題,限制了其在實(shí)際工程中的應(yīng)用。自適應(yīng)參數(shù)辨識(shí)能夠迅速反饋參數(shù)由外在變化引起的攝動(dòng),且由確定性等價(jià)原理可知,若參數(shù)的自適應(yīng)辨識(shí)值能快速、準(zhǔn)確地收斂到真值,則能有效提高系統(tǒng)的跟蹤控制性能。因此,本文研究自適應(yīng)參數(shù)辨識(shí)和滑模控制理論,旨在提高系統(tǒng)的參數(shù)辨識(shí)精度和穩(wěn)態(tài)跟蹤性能,并搭建非線性交流伺服電機(jī)控制平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。因此,本文的研究工作具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用前景。本文的主要研究工作和成果如下:1.在傳統(tǒng)線性滑�？刂苹A(chǔ)上,設(shè)計(jì)基于螢火蟲(chóng)優(yōu)化的自適應(yīng)非線性滑�？刂品椒�,并將其應(yīng)用到帶有非線性動(dòng)態(tài)摩擦的機(jī)電伺服系統(tǒng)上。首先,建立機(jī)電伺服系統(tǒng)的LuGre摩擦模型,并將摩擦參數(shù)按高速穩(wěn)態(tài)和低速分為靜態(tài)參數(shù)和動(dòng)態(tài)參數(shù)。由于螢火蟲(chóng)算法對(duì)搜索極值域速度快、效率高、通用性強(qiáng),因此,采用螢火蟲(chóng)群優(yōu)化算法對(duì)摩擦的靜態(tài)參數(shù)和動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行離線辨識(shí),獲得較為精確的模型參數(shù)。其次,針對(duì)摩擦動(dòng)態(tài)參數(shù)易受外部環(huán)境和擾動(dòng)影響而發(fā)生變化的特性,設(shè)計(jì)狀態(tài)預(yù)測(cè)器和含有預(yù)測(cè)誤差的動(dòng)態(tài)方程,構(gòu)建有限時(shí)間參數(shù)自適應(yīng)辨識(shí)律,在線反映摩擦動(dòng)態(tài)參數(shù)的實(shí)時(shí)變化,解決傳統(tǒng)自適應(yīng)參數(shù)辨識(shí)由于控制誤差而難以收斂到參數(shù)真實(shí)值的問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)構(gòu)造非線性指數(shù)函數(shù),設(shè)計(jì)自適應(yīng)非線性滑�？刂破�,有效提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度和誤差收斂速度。2.針對(duì)存在未知狀態(tài)和不確定性的系統(tǒng),設(shè)計(jì)基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的有限時(shí)間全階滑�？刂品椒�,有效抑制滑�？刂频亩墩駟�(wèn)題,并在柔性關(guān)節(jié)機(jī)械臂系統(tǒng)上驗(yàn)證該方法的有效性。首先,針對(duì)系統(tǒng)的未知狀態(tài)和不確定性,設(shè)計(jì)基于自適應(yīng)參數(shù)整定的擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器。由于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器參數(shù)難以獲得,通過(guò)構(gòu)建參數(shù)的自適應(yīng)學(xué)習(xí)律,保證觀測(cè)器參數(shù)能夠有效趨近理想值,提高狀態(tài)觀測(cè)的精確度,并避免一般由高增益引起的峰化現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上,提出與系統(tǒng)等階的有限時(shí)間全階滑�？刂撇呗�,并通過(guò)設(shè)計(jì)一階低通濾波器,使控制器中不包含能引起系統(tǒng)抖振的切換函數(shù)項(xiàng),進(jìn)而有效削弱滑�？刂频亩墩駟�(wèn)題,并無(wú)需系統(tǒng)全部狀態(tài)可測(cè)。3.通過(guò)對(duì)滑模抖振問(wèn)題產(chǎn)生機(jī)理和抑制抖振方法的分析,提出一種新型連續(xù)雙曲趨近律�；Ｗ兞吭诘竭_(dá)平衡點(diǎn)的某一鄰域時(shí),在單位采樣時(shí)間內(nèi),滑模變量的變化率小于當(dāng)前時(shí)刻的值。因此,滑模變量會(huì)以無(wú)限趨近平衡點(diǎn)而不穿越平衡點(diǎn)的方式收斂,從而保證控制器的無(wú)抖振特性和快速性。此外,針對(duì)機(jī)電伺服系統(tǒng)中的未知參數(shù),通過(guò)對(duì)已知回歸矩陣進(jìn)行濾波操作和設(shè)計(jì)虛擬動(dòng)態(tài)變量,構(gòu)建自適應(yīng)參數(shù)辨識(shí)律,使得參數(shù)能夠有效收斂到真值。其次,設(shè)計(jì)非線性擾動(dòng)觀測(cè)器,有效觀測(cè)系統(tǒng)中的擾動(dòng)、參數(shù)辨識(shí)誤差等不確定性,提高穩(wěn)態(tài)控制精度。4.在上述研究?jī)?nèi)容的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步考慮擾動(dòng)/擾動(dòng)觀測(cè)誤差/參數(shù)誤差等干擾量對(duì)雙曲趨近律無(wú)抖振特性的影響,提出改進(jìn)型雙曲趨近律。通過(guò)對(duì)滑模變量和原本的雙曲趨近律進(jìn)行濾波操作,構(gòu)建由干擾量引起的變化率補(bǔ)償項(xiàng),提高趨近律的收斂性能。此外,考慮電驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂是一個(gè)多輸入多輸出、高度非線性、強(qiáng)耦合的復(fù)雜系統(tǒng),蘊(yùn)含了多個(gè)未知參數(shù)和系統(tǒng)不確定性,設(shè)計(jì)自適應(yīng)參數(shù)辨識(shí)方法。通過(guò)在參數(shù)自適應(yīng)律中引入關(guān)于參數(shù)本身的誤差信息,實(shí)現(xiàn)參數(shù)在線辨識(shí)并保證其有效收斂到真值。為降低參數(shù)辨識(shí)誤差和外部擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)性能的影響,設(shè)計(jì)高階擾動(dòng)觀測(cè)器對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)和補(bǔ)償,并設(shè)計(jì)改進(jìn)型雙曲趨近律控制補(bǔ)償觀測(cè)誤差,從而改善跟蹤控制性能。5.搭建非線性交流伺服電機(jī)控制平臺(tái),對(duì)本文提出的雙曲趨近律滑�？刂品椒ㄟM(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,并與其他趨近律滑�？刂埔约癙D控制進(jìn)行對(duì)比。同時(shí),設(shè)計(jì)自適應(yīng)參數(shù)辨識(shí)方法對(duì)平臺(tái)摩擦、負(fù)載等干擾的上界進(jìn)行估計(jì),驗(yàn)證所提方法的有效性和優(yōu)越性。本文研究的自適應(yīng)參數(shù)辨識(shí)方法,可以使系統(tǒng)未知參數(shù)能夠快速收斂至參數(shù)真值,并基于確定性等價(jià)原理可知,該方法能夠有效提高系統(tǒng)的跟蹤控制性能。此外,通過(guò)對(duì)抑制滑模抖振問(wèn)題的研究,提出雙曲趨近律和改進(jìn)型雙曲趨近律,有效削弱滑�？刂频亩墩瘳F(xiàn)象和大控制增益等問(wèn)題,有利于其實(shí)際工程應(yīng)用。
【學(xué)位單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP13
【部分圖文】：

基于參數(shù)辨識(shí)的非線性伺服系統(tǒng)自適應(yīng)滑�？刂蒲芯课鎏岱椒ǖ膬�(yōu)越性能，三種控制方法被用來(lái)作為對(duì)補(bǔ)償?shù)淖赃m應(yīng)控制；補(bǔ)償?shù)淖赃m應(yīng)控制[100]；提的有摩擦補(bǔ)償?shù)淖赃m應(yīng)非線性滑�？刂�，其ueref 2 0 2 2x f ( x , T ) h ( x ) k ( x x ) x ,s C Q 00 2 2 0, (t ) 0( ), (t ) 0TTQ QC x x C

析章所提控制方案的有效性和優(yōu)越性，本節(jié)將提供統(tǒng)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的降階滑�？刂�(RSMC+ESO)方設(shè)計(jì)的基于自適應(yīng)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的有限時(shí)間法，其流程框圖如圖 3-1 所示。uedx1 1 21 2 ( ) T Q Q β Qβ ΓQ β Q 1( ) ( ,, )iz φ z Φ β βz

12 20202ln( )ln(ln( )) ln(ln( ))ln( log 1)qbq bs qbs bqq sq -14)可以看出，滑模變量s將會(huì)在有限時(shí)間2T 內(nèi)從含有 符號(hào)，是個(gè)無(wú)限時(shí)間，這是因?yàn)楫?dāng) s 趨近零時(shí)s的穩(wěn)態(tài)會(huì)類似于平行于平衡點(diǎn)。為了進(jìn)一步分析收斂情況，定義當(dāng)收斂曲線的斜率足夠小時(shí)(例如 量s實(shí)際收斂。從上一節(jié)的分析可知，此時(shí)，s的近律，足以保障系統(tǒng)的控制性能。以這樣一個(gè)微振特性是值得嘗試的。下面將會(huì)以一種近似的方間1T 。

本文編號(hào)：2820779