[發明專利]基于橢圓吸引律和等效擾動擴張狀態補償的用于電機伺服系統的離散重復控制方法

有效

• 申請號: 201710742945.4
• 申請日: 2017-08-25
• 公開（公告）號: CN107544244B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 胡軼;鄒勝祥;許欣;胡志云;翁丁恩
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種基于橢圓吸引律和等效擾動擴張狀態補償的用于電機伺服系統的離散重復控制方法，給定環節產生周期對稱的參考信號；構造周期反饋環節；依據離散時間橢圓吸引律,該吸引律引入等效擾動補償，其補償量由擾動擴張觀測器給出，構造e/v信號轉換模塊，其輸出信號用于重復控制器的修正量；繼而計算出重復控制器的輸出信號作為被控對象的控制信號輸入。給出了控制器參數的取值對系統跟蹤誤差收斂過程的影響。具體的控制器參數整定可依據表征系統收斂性能指標進行，且提供了表征跟蹤誤差收斂過程的單調減區域、絕對吸引層和穩態誤差帶邊界的計算方法。本發明具有快速收斂性能、加速干擾抑制和高控制精度。

技術領域

本發明屬于重復控制技術領域，尤其是一種用于精確電機伺服控制重復控制方法，也適用于工業場合中的周期運行過程。

背景技術

重復控制器具有“記憶”和“學習”特性，可實現周期參考信號軌跡跟蹤/周期干擾有效抑制。其存儲前一周期控制信號，以此時跟蹤誤差信號修正前一周期的控制輸入，形成當前的控制輸入。重復控制技術已成功應用于伺服電機精確控制、電力電子控制技術以及電能質量控制等。

重復控制是基于內模原理的一種控制方法。內模原理的本質是將系統外部信號動態模型(即為內模)植入控制系統內，以此構成高精度的反饋控制系統，使系統能夠無靜差地跟隨輸入信號。重復控制器構造周期信號內模其中T為給定信號的周期。它是一個含周期時延(e^-Ts)的正反饋環節。不考慮輸入信號的具體形式，只要給定初始段信號，內模輸出就會對輸入信號逐周期累加，重復輸出與上周期相同的信號。采用連續內模的重復控制器設計多是頻域設計，而離散重復控制器的常規設計也是在頻域內進行的。相對頻域方法，時域設計方法直觀、簡便，易于直接刻畫系統響應的跟蹤性能，且可結合現有干擾觀測與抑制手段，把能夠影響被控輸出的擾動作用擴張成新的狀態量，用特殊的反饋機制建立能夠被擴張觀測的狀態，從而建立擾動擴張觀測器為電機伺服控制系統設計提供了新的途徑。

發明內容

本發明提出一種適用于電機伺服系統的離散重復控制器。為使得閉環系統具有預先設定的期望誤差跟蹤性能，提出一種新穎的吸引律——橢圓吸引律，并依據此吸引律，利用以跟蹤誤差作為擴張狀態的擴張狀態觀測器構造理想誤差動態方程并設計電機伺服重復控制器。在實現對周期干擾成分的完全抑制的同時，設計的重復控制器使得電機伺服系統實現高精度跟蹤。又考慮到擾動存在非周期成分，在閉環系統中引入干擾補償作用，以提高控制性能。相比于傳統的重復控制，通過引入以跟蹤誤差作為擴張狀態的擴張狀態觀測器，明顯減少第一周期的跟蹤誤差，使電機伺服系統實現快速跟蹤。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案是：

一種基于橢圓吸引律和等效擾動擴張狀態補償的用于電機伺服系統的離散重復控制方法，包括以下步驟：

1)給定周期參考信號r_k，滿足

r_k＝±r_k-N (1)

其中，N為參考信號的周期，r_k,r_k-N分別表示k,k-N時刻的參考信號。

2)構造等效擾動

其中，N為參考信號的周期，d_k表示k時刻的等效擾動信號，w_k,w_k-N分別表示k,k-N時刻的干擾信號。

3)構造離散時間橢圓吸引律

e_k+1＝(1-ρ)e_k-ε|e_k|^λfal_ellipse(e_k,δ) (3)

式中，