基于自抗扰控制的伺服系统输出间隙补偿研究.pdf

第 24卷 第 2期 电 力 学 报 Vo1．24 No．2 2009年 4月 jouRNAL OFELECTRICPOW ER Apr． 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 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 (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 出间隙的非线性系统 ，TAO等人首先 Y 一／J 建立了间隙的逆模 型，并提出了输 出间隙的 自适应 。 控制和最优控制方法 ，以消 除 间隙非线性 的影 。 ／ z ／’夕 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