考虑输入时滞的舵机伺服系统自适应指令滤波输出反馈控制

摘要

针对舵机伺服系统运行过程中存在复杂非线性以及信号输入时滞、使系统的精度降低，严重时甚至造成系统失稳的问题，提出了一种考虑输入时滞的自适应指令滤波输出反馈控制策略。首先，将系统中存在的输入时滞考虑为控制器信号输入时滞，给出舵机伺服系统状态方程，选用梯度下降法设计时滞估计律对未知时滞进行估计；其次，将系统中存在的复杂非线性统一为扰动，选用扩展状态观测器(ESO)加以估计，将观测的系统状态值用于设计控制量实现输出反馈控制；然后，选用指令滤波将高阶求导过程转化为求积分，实现信号滤波以抑制微分噪声；最后，基于Lyapunov-Krasovskii泛函稳定性定理证明控制器实现系统有界稳定。仿真及实验表明，所提的控制方法与传统反步控制方法、自抗扰控制和比例微分积分(PID)控制方法相比，响应时间分别提升了92%、88%和51%,跟踪精度分别提升了90%、84%和26%。

关键词

舵机伺服系统 / 输入时滞 / 输出反馈 / 指令滤波

基金资助

国家自然科学基金资助项目(51975294); 上海市空间智能控制技术重点实验室资助项目(D030313); 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(30922010706)