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考虑摩擦非线性和未知负载的伺服电机有限时间自适应滑模控制

张天宇 郭琴霞 杨挺凯 郭祥吉 明名

张天宇, 郭琴霞, 杨挺凯, 郭祥吉, 明名. 考虑摩擦非线性和未知负载的伺服电机有限时间自适应滑模控制[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT250521
引用本文: 张天宇, 郭琴霞, 杨挺凯, 郭祥吉, 明名. 考虑摩擦非线性和未知负载的伺服电机有限时间自适应滑模控制[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT250521
ZHANG Tianyu, GUO Qinxia, YANG Tingkai, GUO Xiangji, MING Ming. Finite-time Adaptive Sliding Mode Control of Servo Motors Considering Frictional Nonlinearity and Unknown Loads[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT250521
Citation: ZHANG Tianyu, GUO Qinxia, YANG Tingkai, GUO Xiangji, MING Ming. Finite-time Adaptive Sliding Mode Control of Servo Motors Considering Frictional Nonlinearity and Unknown Loads[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT250521

考虑摩擦非线性和未知负载的伺服电机有限时间自适应滑模控制

doi: 10.11999/JEIT250521 cstr: 32379.14.JEIT250521
基金项目: 国科大杭州高等研究院项目 (2023HIAS-V001)
详细信息
    作者简介:

    张天宇:男,硕士生,研究方向为自适应控制,扰动观测器,伺服电机精密控制

    郭琴霞:女,硕士生,研究方向为电机控制,迭代学习

    杨挺凯:男,博士,研究方向为超快激光加工,无限视场加工

    郭祥吉:男,博士,研究方向为图像检测,图像处理,深度学习

    明名:男,研究员,研究方向为深紫外光学设计,光学检测,自适应光学,光电精密跟踪,精密控制

    通讯作者:

    明名 mingming@ucas.ac.cn

  • 中图分类号: TN249; TP273

Finite-time Adaptive Sliding Mode Control of Servo Motors Considering Frictional Nonlinearity and Unknown Loads

Funds: Innovation Project of HlAS (2023HIAS-V001)
  • 摘要: 为了解决超快激光无限视场加工中存在的高精度要求小视场与大范围加工需求之间的矛盾,该文提出一种基于自适应扰动观测器的有限时间滑模控制策略,该模型能够保证跟踪误差在有限时间内收敛到原点附近的邻域,有效补偿了未知负载扰动和输入端摩擦非线性行为。该文将被控系统中的未知负载扰动与摩擦非线性等复杂因素统一建模为集总扰动项,从而显著提升了系统动力学模型的普适性。该方法融合了径向基神经网络(RBFNN)设计有限时间自适应扰动观测器,实现对集总扰动的精确补偿。基于扰动观测构建的有限时间滑模控制方案,使得电机的输出角位置快速精确跟踪期望轨迹。最后,通过Matlab仿真分析验证了该控制方法的可行性和优越性。
  • 图  1  跟踪性能误差分析

    图  6  3组控制信号对比分析

    图  2  控制信号与滑模面分析

    图  3  权值范数估计

    图  4  3组信号跟踪性能对比分析

    图  5  3组信号误差分析对比

    图  7  伺服电机控制系统结构图

    图  8  实验跟踪结果对比图

    图  9  实验跟踪误差对比图

    图  10  实验控制信号对比图

    表  1  伺服电机的模型参数

    参数数值说明参数数值说明
    $ {A_1} $ 0.25摩擦系数 $ {A_2} $ 0.5摩擦系数
    $ {A_3} $ 0.01摩擦系数 $ {P_1} $ 100摩擦系数
    $ {P_2} $ 1摩擦系数 $ {P_3} $ 100摩擦系数
    $ {J_L} $0.0113负载转动惯量 $ {b_m} $ 0.015电机粘性摩擦系数
    $ n $ 11.67齿轮传动比 $ {J_m} $ 0.0026电机转动惯量
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    表  2  位置跟踪性能指标比较

    指标 PI控制中$ {e_1} $ 文献[3]$ {e_1} $ 本文$ {e_1} $
    ISE –41.28 3.65e–8 7.62e–11
    IAE 1.9e–3 1.94e–5 7.33e–6
    ITAE 2.9e–2 2.92e–4 1.1e–4
    ITSE 5.5e–3 5.67e–7 8.06e–8
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-06-09
  • 修回日期:  2025-10-10
  • 录用日期:  2025-11-03
  • 网络出版日期:  2025-11-08

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