不確定非線性位置伺服系統自適應變結構控制

摘 要：位置伺服系統中的各類非線性和不確定性，使得對系統進行精確控制變得相當困難。常規的、單一的控制方法很難適應高精度位置伺服系統的要求，考慮系統運算放大器飽和、非線性摩擦和傳動鏈空回情況，將自適應原理和變結構控制相結合，利用反演方法設計了系統的位置控制器，仿真結果驗證了該方法的有效性。

關鍵詞：位置伺服系統；不確定非線性；反演；自適應變結構控制

中圖分類號：TN39 文獻標識碼：B 文章編號：1004373X(2008)1712202

VSC and Adaptive Method on Nonlinear Position Servo System with Uncertainties

WU Bin

(Military Reprehensive Office of Navy Stationed in the 20th Research Institute，Xi′an，710068，China)

Abstract：It is not easy to get a perfect effect for an actual position servo which has some nonlinear with uncertainties.Ordinary or simplex control methods can hardly adapt high accuracy position of request. The dissertation analyzes the key factors such as nonlinear friction，clearance of dynamic train of gearings and enlarger saturation that affect the system badly，and then a new controller based on backstepping method and combine with orientation principle of adaptive and VSC is proposed.

Keywords：position servo system;nonlinear with uncertainties;backstepping;VSC and adaptive control

位置伺服系統是一種應用極為廣泛的自動控制系統，它的應用幾乎遍及社會的各個領域。然而系統中的一些固有非線性和不確定性(如：運算放大器飽和、非線性摩擦和傳動鏈空回等)嚴重影響到系統的性能，難以達到很高的控制精度。文獻［1，2］對系統的傳動鏈空回問題進行了探討并解決，但是工程上實現起來比較繁瑣或結構上比較復雜。本文在文獻［3，4］的啟發下，利用變結構控制的滑動模態所具有的不變性，結合自適應方法對參數變化的適應性，使用反演(Backstepping)方法，設計系統的自適應變結構控制器，在傳動鏈空回較小。(一般都可以滿足)的情況下，可以實現高精度的位置隨動功能。

1 不確定非線性位置伺服系統的模型

結合文獻［5］，可得到電流環路經過校正后的不確定非線性位置伺服系統的模型如圖1所示。

因為系統的干摩擦kc和粘性摩擦系數kb不精確已知，因此參數d1和d2不精確已知。系統實際工作過程中，若將電流環路的模型簡化、傳動鏈空回非線性對系統的影響，假設作為是對參數d1和d2的攝動，使其偏離標稱值，則對d1和d2的在線辨識是必需的。

2 系統控制律推導

圖2 系統對階躍信號的跟蹤曲線圖3 系統對等效正弦的跟蹤誤差曲線 圖3為系統對等效正弦信號:xd(t)=1.216 8sin(0.932 3t)(rad)的跟蹤過程。

參 考 文 獻

［1］Dirk Gebler，Joachim Holtz. Identification and Compensation of Gear Backlash without Position Sensor in High-Precision Servo Systems ［C］. IEEE，1998，2:662-666.

［2］Kwon Y S，Hwang H Y，Lee H R，et al.Rate Loop Control Based on Torque Compensation in Anti-backlash Geared Servo System ［C］. American Control Conference，2004，4:3 327-3 332.

［3］Jeng Tze Huang. An adaptive Compensator for a Servo system with Coulomb and Viscous Friction ［C］. Proceedings of the 2001 IEEE International Conference on Control Application，2001:196-199.

［4］李俊.有界不確定性非線性系統的自適應滑模控制［J］. 西北工業大學學報，1998，16(3):479-483.

［5］胡祐德，曾樂東，馬東生.伺服系統原理與設計［M］. 北京:北京理工大學出版社，1993.《現代電子技術》2008年第17期總第280期

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文