可調金屬切削系統的魯棒自適應動態面控制方法
【專利摘要】一種可調金屬切削系統的魯棒自適應動態面控制方法，其特點是，包括可調金屬切削系統數學模型、磁滯模型、神經網絡系統描述和自適應動態面控制器的設計等內容，通過引入的誤差轉換函數可任意指定控制精度，實現了對切刀切割深度的精確控制；系統模型未完全可知的情況下，通過RBF神經網絡實現未知項的逼近；通過估計未知參數向量的范數來代替估計未知參數地向量，極大地減輕了系統的計算負擔；采用自適應動態面技術結合誤差轉換函數與RBF的策略，放寬了對時滯的假設同時保證了跟蹤誤差和過渡過程能夠在任意指定的指標內，消除了反推法的“微分爆炸”問題，保證系統信號半全局一致最終有界，具有方法科學合理，控制精度高，適用等優點。
【專利說明】可調金屬切削系統的魯棒自適應動態面控制方法
【技術領域】
[0001]本發明是一種可調金屬切削系統的魯棒自適應動態面控制方法，應用于帶有PI磁滯模型和未知時滯的精密儀器系統的控制。
【背景技術】
[0002]隨著超精密加工技術在工業、軍事、民品中的廣泛應用，加工過程的高精度、高質量、高效率、低成本越來越重要。其中精密加工設備中的磁滯現象是影響系統穩定的關鍵，系統中伴有磁滯現象時，整個控制系統將會表現出振蕩、不穩定、準確性降低等現象。除了磁滯現象，時延問題也出現在渦輪噴氣發動機引擎、飛機系統等領域，從而降低了控制性倉泛。
[0003]目前解決具有磁滯輸入的非線性系統控制問題有兩種方法:一種方法是建立磁滯的逆過程，并將之級聯到控制系統的輸入端；另一種方法是采用魯棒自適應的控制策略來消除或抑制磁滯現象。由于建立磁滯逆過程非常復雜，且磁滯的逆模型輸出對其參數特別敏感，因此，不建立磁滯逆而采用魯棒自適應控制策略則更具吸引力，其中最主要最有效的方面就是自適應反推控制方案。
[0004]反推控制方案，在處理某些參數不確定非線性和線性系統及改善過渡過程品質方面的潛力而受到廣泛重視。反推控制方案仍然存在一些重要缺陷，如隨對象相對階增高，控制律高度非線性、高度復雜(稱為“微分爆炸”)等，近年來，研究人員為克服“微分爆炸”的缺點，提出了一種新的控制方法:“動態面控制(Dynamic Surface Control)”。即通過引入濾波器，使得每一步控制律的設計與前一級的設計基本解耦，從而使控制律的復雜程度大幅下降。動態面控制實現了相對簡單的控制律與良好的過渡過程品質結合。
[0005]處理非線性時滯問題，目前常用的方法是自適應神經網絡。由于使用動態面或反推控制，系統的跟蹤誤差最終收斂到一個緊集而不是收斂到零，因此一個挑戰性的問題是如何設計控制律保證系統L00性能。

【發明內容】

[0006]本發明的目的是針對既有時滯問題又存在磁滯輸入的可調金屬切削系統，提供一種可調金屬切削系統的魯棒自適應動態面控制方法，它采用魯棒自適應動態面控制、誤差轉換函數和神經網絡相結合，能夠保證其跟蹤誤差和過渡過程能夠在預先任意給定的指標內，克服了反推控制方案中的“微分爆炸”問題，簡化控制器結構，減少計算量，更便于實時控制，并消除了系統跟蹤誤差可能出現的“畸變”現象。
[0007]實現本發明目的所采用的技術方案是:
[0008]一種可調金屬切削系統的魯棒自適應動態面控制方法，其特征是，它包括以下內容:
[0009]I)可調金屬切削系統數學模型
[0010]可調金屬切削系統的數學模型包括切割系統裝置本身模型、用來描述磁滯作動器的磁滯模型及未知延時環節模型，
[0011]建立可調金屬切削系統:
[0012]mx + cx + kx = Fa + ku(I)
[0013]其中χ表示切割深度的波動部分，也稱作模具厚度的偏移量;m，c，k分別代表切割器械的質量、阻尼系數和彈性硬度；ka為壓電作動器的彈性當量，u為壓電作動器的輸出，Fa為切割器械的切力變化
[0014]Fa = hX (χ- μ x (t_ τ )) +f (χ- μ χ (t_ τ ))
[0015]其中f(>)<4，4，h和μ為正常數，τ為未知時間延遲；
[0016]基于上述對金屬切削系統的描述，令χ 二 A，4 =.τ2，則式(I)表述成反饋形式:
【權利要求】
1.可調金屬切削系統的魯棒自適應動態面控制方法，其特征是，它包括以下內容: 1)可調金屬切削系統數學模型 可調金屬切削系統的數學模型包括切割系統裝置本身模型、用來描述磁滯作動器的磁滯模型及未知延時環節模型， 建立可調金屬切削系統:
【文檔編號】G05B13/04GK103792849SQ201410083566
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年3月9日 優先權日:2014年3月9日
【發明者】張秀宇, 王建國, 劉翠平, 孔慶新, 燕鵬, 胡石磊 申請人:東北電力大學