[發(fā)明專利]一種基于自抗擾控制器的網(wǎng)絡(luò)化多軸運動位置同步控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710942596.0
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN107703750A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王瑤為;張文安;吳祥;董輝;仇翔;俞立
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務(wù)所有限公司33241
• 代理人: 王利強

1.一種基于自抗擾控制器的網(wǎng)絡(luò)化多軸運動位置同步控制方法，其特征在于：所述方法包括如下步驟：

步驟1)在網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延小于一個采樣周期的情況下，建立含有時變網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延的單軸伺服控制系統(tǒng)模型，將網(wǎng)絡(luò)化單軸伺服控制系統(tǒng)建模為一個具有一步輸入時滯的離散時間線性時變系統(tǒng)，進(jìn)而將時變時延引起的系統(tǒng)不確定動態(tài)處理為系統(tǒng)的總和擾動的一部分，包括以下過程：

1.1)建立多軸伺服系統(tǒng)狀態(tài)空間模型：

根據(jù)多軸運動控制系統(tǒng)的動態(tài)特性，得在速度模式下第i(i＝1,…,n)軸伺服系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型為

x·i1(t)=xi2(t)x·i2(t)=-aixi2(t)+biui(t)+wi(t)yi(t)=xi1(t)---(1)]]>

其中，x_i1(t)和x_i2(t)分別表示第i軸伺服系統(tǒng)的位置量和速度量，為第i軸伺服系統(tǒng)控制輸入，即速度設(shè)定值，為第i軸伺服系統(tǒng)未知且有界的干擾量，為第i軸伺服系統(tǒng)輸出值即位置量，a_i、b_i為第i軸伺服系統(tǒng)的模型定常系數(shù)；

1.2)建立時變網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延影響下的單軸伺服控制系統(tǒng)模型：

數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中存在網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延，用表示第i軸傳感器至控制器通道的時延，表示第i軸控制器至執(zhí)行器通道的時延，則在系統(tǒng)采樣時刻t_k存在未知的時變網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延，記為由于傳感器節(jié)點采用時間驅(qū)動，控制器節(jié)點和執(zhí)行器節(jié)點均為事件驅(qū)動，網(wǎng)絡(luò)時延均小于一個采樣周期T，則在任一采樣周期(t_k,t_k+1]內(nèi)，作用在執(zhí)行器的控制輸入由兩部分構(gòu)成，一部分是由上一控制周期計算得到的控制輸入u_i(k-1)，另一部分是當(dāng)前控制周期計算得到的控制輸入u_i(k)，形式表示如下：

ui(t)=ui(k-1),t∈(tk,tk+τki]ui(k),t∈(tk+τki,tk+1]---(2)]]>

因此，根據(jù)式(1)和(2)，以采樣周期T離散化后的單軸伺服控制系統(tǒng)模型為：

xi1(k+1)=xi1(k)+Txi2(k)xi2(k+1)=e-aiTxi2(k)-1ai(e-ai(T-τki)-1)(biui(k)-wi(k))-1ai(e-aiT-e-ai(T-τki))(biui(k-1)-wi(k-1))---(3)]]>

將用1-a_iT近似后，將式(3)化為：

xi1(k+1)=xi1(k)+Txi2(k)xi2(k+1)=xi2(k)+T[-aixi2(k)-1aiT(e-ai(T-τki)-1)(biui(k)-wi(k))-1aiT(e-aiT-e-ai(T-τki))(biui(k-1)-wi(k-1))]---(4)]]>

將式(4)中由時變時延引起的時變動態(tài)和系統(tǒng)干擾視為系統(tǒng)總和擾動，用一個新的變量x_i3(k)表示，即

xi3(k)=-aixi2(k)-biaiTe-ai(T-τki)ui(k)+1aiT(e-ai(T-τki)-1)wi(k)-1aiT(e-aiT-e-ai(T-τki))(biui(k-1)-wi(k-1))]]>

并令由此將由式(4)表示的網(wǎng)絡(luò)化單軸伺服控制系統(tǒng)模型擴張成如下的三階系統(tǒng)模型：

xi1(k+1)=xi1(k)+Txi2(k)xi2(k+1)=xi2(k)+T(xi3(k)+biaiTui(k))xi3(k+1)=xi3(k)+Tdi(k)---(5)]]>

其中，x_i1(k+1)、x_i2(k+1)、x_i3(k+1)分別表示第i軸伺服系統(tǒng)位置輸出x_i1(k)、電機速度x_i2(k)、新擴張狀態(tài)量x_i3(k)在第k+1個采樣時刻的值；

步驟2)建立網(wǎng)絡(luò)化多軸運動位置同步耦合誤差模型；

步驟3)設(shè)計基于線性自抗擾控制的同步控制器，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化多軸運動位置同步控制。