申请/专利权人：中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心;西北工业大学

申请日：2024-01-04

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN117519322B

主分类号：G05D13/62

分类号：G05D13/62

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2024.02.27#实质审查的生效;2024.02.06#公开

摘要：本发明控制技术领域，具体涉及一种航空机电作动器用动态带宽自抗扰控制方法，包括：获取三阶线性跟踪微分器，并提取期望电角速度、目标位置和期望加速度；建立作动器的包含位置环总扰动的数学模型；获取三阶扩张状态观测器在每个控制时刻的实时带宽参数，以及反馈控制律在每个控制时刻的实时带宽参数，获取作动器在每个控制时刻的反馈控制律的反馈矩阵参数和作动器在每个控制时刻的最终三阶扩张状态观测器；获取作动器在每个控制时刻的控制指令。本方法保证了作动器的自抗扰控制的动态性能和噪声敏感性能的平衡。

主权项：1.一种航空机电作动器用动态带宽自抗扰控制方法，其特征在于，包括：获取作动器的三阶线性跟踪微分器，根据三阶线性跟踪微分器对作动器进行位移规划，并提取作动器在每个控制时刻的期望电角速度、目标位置和期望加速度；根据作动器的实际位置和实际电角速度，建立作动器的包含位置环总扰动的数学模型，并根据数学模型获取作动器的控制系数；将作动器在每个控制时刻的实际位置、上一个控制时刻的控制指令输入作动器的三阶扩张状态观测器，得到作动器在每个控制时刻的位置、电角速度以及位置环总扰动对应的估计值，根据每个控制时刻对应的估计值和每个控制时刻对应的实际位置，获取三阶扩张状态观测器在每个控制时刻时的实时带宽参数，根据每个控制时刻对应的估计值和目标位置，获取作动器的反馈控制律在每个控制时刻的实时带宽参数；获取作动器的反馈控制律在每个控制时刻的实时带宽参数的步骤为： 式中，tanh是双曲正切函数； c 1是反馈控制律的带宽参数ωe变化快慢的参数，c1取正值； ω emin是作动器的反馈控制律的所有控制时刻的实时带宽参数ωe中的最小值； ω emax是作动器的反馈控制律的所有控制时刻的实时带宽参数ωe中的最大值； 是作动器在第q个控制时刻的实际位置θ的估计值； 表示作动器在第q个控制时刻进行位移规划的实际用于闭环控制的目标位置；其中，获取作动器的三阶扩张状态观测器的实时带宽参数的步骤为： 式中，tanh是双曲正切函数； c 2是决定三阶扩张状态观测器的带宽参数ωo变化快慢的参数，c2取正值； ω omin是作动器的三阶扩张状态观测器的所有控制时刻的实时带宽参数ωo中的最小值； ω omax是作动器的三阶扩张状态观测器的所有控制时刻的实时带宽参数ωo中的最大值； 是作动器在第q个控制时刻的实际位置θ的估计值； θ是作动器在第q个控制时刻的实际位置；根据反馈控制律对应的实时带宽参数与作动器的控制系数，获取作动器在每个控制时刻的反馈控制律的反馈矩阵的参数；根据三阶扩张状态观测器对应的实时带宽参数获取三阶扩张状态观测器的增益参数，根据增益参数获取作动器在每个控制时刻的最终三阶扩张状态观测器；其中，获取作动器在每个控制时刻的反馈控制律的反馈矩阵包括：根据作动器在每个控制时刻的实际位置和目标位置获取作动器在每个控制时刻的位置跟踪误差，根据作动器在每个控制时刻的实际电角速度和期望电角速度获取作动器在每个控制时刻的电角速度跟踪误差；根据作动器在每个控制时刻的电角速度跟踪误差和位置跟踪误差，获取作动器在每个控制时刻的反馈控制的误差矩阵；根据作动器在每个控制时刻的反馈控制的误差矩阵和数学模型，获取作动器的误差方程；根据误差方程的系统矩阵获取反馈控制的反馈矩阵；获取作动器在每个控制时刻的反馈控制律的反馈矩阵的参数包括：对反馈控制律的误差矩阵求一阶导数；将数学模型代入误差矩阵的一阶导数得到作动器的误差方程；令detλI–A2=0，并作为作动器的误差方程的特征方程，其中，A2表示误差方程的系统矩阵；λ表示特征方程的特征根；I表示单位矩阵；det表示求行列式；将期望的特征根配置到同一点，则有特征方程的特征根等于作动器的反馈控制律的带宽参数的负值；根据反馈控制律的带宽参数和作动器的控制系数，获取反馈控制律的反馈矩阵的参数；其中，获取作动器在每个控制时刻的最终三阶扩张状态观测器包括： 式中，； 是观测状态变量的导数； 是观测状态变量； A 3表示三阶扩张状态观测器的系统矩阵； B 3是三阶扩张状态观测器的控制矩阵； β是三阶扩张状态观测器在第q个控制时刻的增益参数矩阵； 是三阶扩张状态观测器输出的作动器在第q个控制时刻的实际位置θ的估计值； 是三阶扩张状态观测器输出的作动器在第q个控制时刻的实际电角速度的估计值； 是三阶扩张状态观测器输出的作动器在第q个控制时刻的位置环总扰动的估计值； 是作动器的控制系数b的估计值； θ是作动器在第q个控制时刻对应的实际位置； 表示作动器在第q个控制时刻的上一个控制时刻的控制指令，即第q-1个控制时刻的控制指令，其中，第一个控制时刻的控制指令为0； β 01是三阶扩张观测器的第一个增益参数； β 02是三阶扩张观测器的第二个增益参数； β 03是三阶扩张观测器的第三个增益参数；根据每个控制时刻的最终三阶扩张状态观测器获取作动器在每个控制时刻的位置环总扰动、位置和电角速度对应的最终估计值；根据作动器在每个控制时刻的位置环总扰动、位置和电角速度对应的最终估计值，作动器在每个控制时刻的期望电角速度、目标位置和期望加速度，作动器的控制系数的估计值，以及在每个控制时刻的反馈矩阵的参数，获取作动器的反馈控制律在每个控制时刻的控制指令，根据每个时刻的控制指令控制作动器；其中，获取作动器的反馈控制律在每个控制时刻的控制指令包括： 式中，表示作动器第q个控制时刻的控制指令； k 21表示作动器的反馈控制律在第q个控制时刻对应的反馈矩阵的第一个参数； k 22表示作动器的反馈控制律在第q个控制时刻对应的反馈矩阵的第二个参数； 表示作动器在第q个控制时刻进行位移规划的实际用于闭环控制的目标位置； 表示作动器在第q个控制时刻的期望电角速度； 表示作动器在第q个控制时刻的期望加速度； 表示作动器在第q个控制时刻的电角速度的最终估计值； 表示作动器在第q个控制时刻的位置的最终估计值； 代表作动器在第q个控制时刻的位置环总扰动的最终估计值； 是作动器的控制系数b的估计值。

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