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申请/专利权人：吉林大学

摘要：本发明公开了一种压电直线电机基于扩张状态观测器的迭代超螺旋滑模控制方法，属于微纳控制技术领域。本发明的目的是减弱压电直线电机实际工况中存在未建模动态、内外部扰动以及周期性误差的问题，减小传统滑模控制过程中存在的抖振问题并加速趋近于滑模面的速度。本发明为压电直线电机建立模型；通过切换扩张状态观测器补偿未建模动态和内外部扰动；通过迭代学习控制器减小周期性误差；通过改进超螺旋滑模控制器减小抖振并加快趋近滑模面的速度，实现对压电直线电机的高精度跟踪定位控制。本发明更适合实际应用，对于推动高精密驱动领域发展具有重要的研究意义。

主权项：1.压电直线电机基于扩张状态观测器的迭代超螺旋滑模控制方法，其特征在于，该方法具体步骤为：步骤1：建立压电直线电机的状态空间方程；压电直线电机的动力学模型可以描述为： 其中，a1,a2,b为模型参数，为压电直线电机的加速度，为压电直线电机的速度，x为压电直线电机的位移，u为压电直线电机的控制电压，Dt为集总扰动且Dt≤M，M表示未知常数；令可得到状态空间方程： 其中，fx1,x2＝-a1x2-a2x1；步骤2：基于步骤1建立的系统模型，通过切换扩张状态观测器补偿未建模动态和扰动；定义x3＝Dt，则系统可以描述为： 对于式3系统，可以设计扩张状态观测器为： 其中，zii＝1,2,3表示xii＝1,2,3的观测值，表示zii＝1,2,3的导数，βii＝1,2,3为正的设计常数，表示扩张状态观测器的增益，fie1i＝1,2,3表示处理观测误差的非线性函数，表示为： 其中，αii＝1,2,3,δ为待设计参数；当fale1,αi,δ中αi＝1时，则式4表示为线性扩张状态观测器；因此，观测器观测误差|e1|≤1时，采用如式4所示非线性扩张状态观测器，即fale1,αi,δ中αi≠1；观测器观测误差|e1|1时，采用线性扩张状态观测器，即fale1,αi,δ中αi＝1；所述线性扩张状态观测器表达式为： 非线性与线性扩张状态观测器的参数整定方式分别为：β1′β2′β3′7 步骤3：基于步骤2中的切换扩张状态观测器观测到的系统状态，设计超螺旋滑模控制器；终端滑模面选取为： 式中，c1,c2,c3为正的设计参数，e表示跟踪误差，表示跟踪误差的导数，p,q为正奇数且pq；趋近律采用超螺旋算法设计，为了加快远离滑模面时的趋近速度，将超螺旋滑模算法作如下改进： 式中，kii＝1,2,30为改进超螺旋算法的系数，sgn·代表符号函数；改进超螺旋滑模控制的控制律为： 其中，xr为期望跟踪轨迹，z1,z2为切换扩张状态观测器估计的状态；步骤4：通过迭代学习控制器减小周期性误差；定义压电直线电机的第i次轨迹跟踪误差为：ei＝xr-x114其中xr为期望跟踪轨迹，x1为实际输出轨迹；经过前面状态观测器进行状态估计以后，ei可以表示为：ei＝xr-z115则第i次迭代学习控制器的输出为： 其中，和分别表示第i次和第i-1迭代学习控制输入，kp表示P型迭代学习控制的控制器增益；最终，可得基于扩张状态观测器的迭代超螺旋滑模控制律总结如下：

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百度查询： 吉林大学 压电直线电机基于扩张状态观测器的迭代超螺旋滑模控制方法