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ο到y(tǒng)建模誤差、參數(shù)攝動以及外部擾動等不確定特性具有較強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題,限制了其在實際工程中的應用。自適應參數(shù)辨識能夠迅速反饋參數(shù)由外在變化引起的攝動,且由確定性等價原理可知,若參數(shù)的自適應辨識值能快速、準確地收斂到真值,則能有效提高系統(tǒng)的跟蹤控制性能。因此,本文研究自適應參數(shù)辨識和滑�？刂评碚�,旨在提高系統(tǒng)的參數(shù)辨識精度和穩(wěn)態(tài)跟蹤性能,并搭建非線性交流伺服電機控制平臺進行實驗驗證。因此,本文的研究工作具有重要的學術價值和應用前景。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上,設計基于螢火蟲優(yōu)化的自適應非線性滑�？刂品椒�,并將其應用到帶有非線性動態(tài)摩擦的機電伺服系統(tǒng)上。首先,建立機電伺服系統(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)和動態(tài)參數(shù)。由于螢火蟲算法對搜索極值域速度快、效率高、通用性強,因此,采用螢火蟲群優(yōu)化算法對摩擦的靜態(tài)參數(shù)和動態(tài)參數(shù)進行離線辨識,獲得較為精確的模型參數(shù)。其次,針對摩擦動態(tài)參數(shù)易受外部環(huán)境和擾動影響而發(fā)生變化的特性,設計狀態(tài)預測器和含有預測誤差的動態(tài)方程,構建有限時間參數(shù)自適應辨識律,在線反映摩擦動態(tài)參數(shù)的實時變化,解決傳統(tǒng)自適應參數(shù)辨識由于控制誤差而難以收斂到參數(shù)真實值的問題。在此基礎上,通過構造非線性指數(shù)函數(shù),設計自適應非線性滑�？刂破�,有效提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度和誤差收斂速度。2.針對存在未知狀態(tài)和不確定性的系統(tǒng),設計基于擴張狀態(tài)觀測器的有限時間全階滑�？刂品椒�,有效抑制滑�？刂频亩墩駟栴},并在柔性關節(jié)機械臂系統(tǒng)上驗證該方法的有效性。首先,針對系統(tǒng)的未知狀態(tài)和不確定性,設計基于自適應參數(shù)整定的擴張狀態(tài)觀測器。由于擴張狀態(tài)觀測器參數(shù)難以獲得,通過構建參數(shù)的自適應學習律,保證觀測器參數(shù)能夠有效趨近理想值,提高狀態(tài)觀測的精確度,并避免一般由高增益引起的峰化現(xiàn)象。在此基礎上,提出與系統(tǒng)等階的有限時間全階滑�？刂撇呗�,并通過設計一階低通濾波器,使控制器中不包含能引起系統(tǒng)抖振的切換函數(shù)項,進而有效削弱滑模控制的抖振問題,并無需系統(tǒng)全部狀態(tài)可測。3.通過對滑模抖振問題產生機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_平衡點的某一鄰域時,在單位采樣時間內,滑模變量的變化率小于當前時刻的值。因此,滑模變量會以無限趨近平衡點而不穿越平衡點的方式收斂,從而保證控制器的無抖振特性和快速性。此外,針對機電伺服系統(tǒng)中的未知參數(shù),通過對已知回歸矩陣進行濾波操作和設計虛擬動態(tài)變量,構建自適應參數(shù)辨識律,使得參數(shù)能夠有效收斂到真值。其次,設計非線性擾動觀測器,有效觀測系統(tǒng)中的擾動、參數(shù)辨識誤差等不確定性,提高穩(wěn)態(tài)控制精度。4.在上述研究內容的基礎上,進一步考慮擾動/擾動觀測誤差/參數(shù)誤差等干擾量對雙曲趨近律無抖振特性的影響,提出改進型雙曲趨近律。通過對滑模變量和原本的雙曲趨近律進行濾波操作,構建由干擾量引起的變化率補償項,提高趨近律的收斂性能。此外,考慮電驅動機械臂是一個多輸入多輸出、高度非線性、強耦合的復雜系統(tǒng),蘊含了多個未知參數(shù)和系統(tǒng)不確定性,設計自適應參數(shù)辨識方法。通過在參數(shù)自適應律中引入關于參數(shù)本身的誤差信息,實現(xiàn)參數(shù)在線辨識并保證其有效收斂到真值。為降低參數(shù)辨識誤差和外部擾動對系統(tǒng)性能的影響,設計高階擾動觀測器對其進行觀測和補償,并設計改進型雙曲趨近律控制補償觀測誤差,從而改善跟蹤控制性能。5.搭建非線性交流伺服電機控制平臺,對本文提出的雙曲趨近律滑模控制方法進行實驗驗證,并與其他趨近律滑�？刂埔约癙D控制進行對比。同時,設計自適應參數(shù)辨識方法對平臺摩擦、負載等干擾的上界進行估計,驗證所提方法的有效性和優(yōu)越性。本文研究的自適應參數(shù)辨識方法,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,通過對抑制滑模抖振問題的研究,提出雙曲趨近律和改進型雙曲趨近律,有效削弱滑�？刂频亩墩瘳F(xiàn)象和大控制增益等問題,有利于其實際工程應用。
【學位單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TP13
【部分圖文】：

基于參數(shù)辨識的非線性伺服系統(tǒng)自適應滑模控制研究析提方法的優(yōu)越性能，三種控制方法被用來作為對補償?shù)淖赃m應控制；補償?shù)淖赃m應控制[100]；提的有摩擦補償?shù)淖赃m應非線性滑�？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)擴張狀態(tài)觀測器的降階滑�？刂�(RSMC+ESO)方設計的基于自適應擴張狀態(tài)觀測器的有限時間法，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將會在有限時間2T 內從含有 符號，是個無限時間，這是因為當 s 趨近零時s的穩(wěn)態(tài)會類似于平行于平衡點。為了進一步分析收斂情況，定義當收斂曲線的斜率足夠小時(例如 量s實際收斂。從上一節(jié)的分析可知，此時，s的近律，足以保障系統(tǒng)的控制性能。以這樣一個微振特性是值得嘗試的。下面將會以一種近似的方間1T 。

本文編號：2820779