基于复合自适应律的直线电机自适应鲁棒控制(2009年)

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第 26 卷第 8 期

2009 年 8 月

控制理论与应用

Control Theory & Applications

Vol. 26 No. 8

Aug. 2009

基基基于于于复复复合合合自自自适适适应应应律律律的的的直直直线线线电电电机机机自自自适适适应应应鲁鲁鲁棒棒棒控控控制制制

张国柱, 陈杰, 李志平

(北京理工大学自动化学院, 北京 100081)

摘要: 自适应鲁棒控制(ARC)能克服参数不确定性与扰动对系统的影响, 具有良好的输出跟踪性能. 然而常

规ARC的参数估计值难以逼近真值. 为实现高性能的控制与准确的参数估计, 本文提出了基于复合自适应律

的自适应鲁棒控制(CAARC). 该方法同时采用了输出误差与参数估计误差的相关信息构造自适应律, 具有比常

规ARC更好的参数估计效果. 本文在理论上证明了CAARC的闭环稳定性与参数估计误差的收敛性, 并通过分析表

明CAARC具有比常规ARC更好的输出跟踪性能, 最后通过仿真验证了该方法的有效性.

关键词: 自适应鲁棒控制; 直线电机; 在线参数估计; 复合自适应律

中图分类号: TP273 文献标识码: A

An adaptive robust control for linear motors based on

composite adaptation

ZHANG Guo-zhu, CHEN Jie, LI Zhi-ping

(School of Automation, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)

Abstract: The adaptive robust control(ARC) not only reduces the inﬂuence of parametric uncertainties and disturbance

to the system, but also provides a good performance in output tracking. However, the parameter estimates of traditional

ARC do not give good approximations to the true values of the corresponding parameters. To achieve a high perfor-

mance control and accurate parameter estimation, we propose a novel composite-adaptation-based adaptive robust control

method(CAARC). This method combines the information of output tracking error with the parameter estimate error in

constructing the adaptation law, which gives a better result in parameter estimation than that from the traditional ARC.

The close-loop stability and the convergence of parameter estimates are also proved. It has been shown by analysis that

CAARC has a better tracking performance than the traditional ARC. Finally, the effectiveness of the proposed method is

demonstrated by simulation.

Key words: adaptive robust control; linear motor; online parameter estimation; composite adaptation

文文文章章章编编编号号号: 1000−8152(2009)08−0833−05

1 引引引言言言(Introduction)

为提高控制系统的鲁棒性与输出跟踪性能, YAO

和TOMIZUKA提出了自适应鲁棒控制(ARC)

[1,2]

. 对

存在未知参数与不确定非线性的对象, ARC能保

证系统的全局稳定性, 并使输出误差在无外扰的

情况下渐近趋于零

[2]

. LI 和YAO把ARC应用于直

线电机的控制当中, 取得了良好的控制效果

[3∼5]

YUN和YAO对上述方法进行改进, 使得ARC能够运

用到输入受约束的系统当中

[6]

. 然而以上ARC的自

适应律只能保证参数估计值有界, 难以实现参数估

计值收敛于真值.

针对常规ARC参数估计值难以逼近真值的问题,

本文对其自适应律进行改进, 提出了基于复合自适

应律的自适应鲁棒控制(CAARC). 该方法能使参数

的估计值逼近真值, 从而能实现对系统运行状况与

故障的监测. 通过理论与仿真表明CAARC具有良好

的输出跟踪性能.

2 直直直线线线电电电机机机模模模型型型与与与问问问题题题描描描述述述(Linear motor

model and problem formulation)

一般的无铁芯直线电机, 由于电流环的调节时间

很短

[4]

, 故可忽略其电流动态特性. 本文采用的电机

模型如下

[4]

M · ¨y = u − F, F = F

+ F

− F

. (1)

该模型考虑了摩擦与推力纹波的影响, 其中y为负载

位置, M为惯量负载与铁芯的总质量, F

为摩擦力,

为推力纹波, F

为外部扰动. 工程上一般认为摩擦

力F

与负载运动速度 ˙y之间满足

( ˙y) = B ˙y + F

( ˙y), (2)

其中: B为粘性摩擦系数; F

( ˙y)为摩擦力中的非线

收稿日期: 2008−03−25; 收修改稿日期: 2008−11−24.

基金项目: 北京市重点实验室资助项目(SYS100070417); 北京市重点学科资助项目(XK10070532).

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