[發(fā)明專利]一種基于可調(diào)階次濾波器的分?jǐn)?shù)階自抗擾運動控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810268472.3
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108459507B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 施昕昕;黃家才
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工程學(xué)院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;張賞

1.一種基于可調(diào)階次濾波器的分?jǐn)?shù)階自抗擾運動控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)根據(jù)牛頓運動定律，建立運動控制系統(tǒng)的非線性動力學(xué)模型；

2)設(shè)計可調(diào)階次濾波器對測量噪聲進(jìn)行濾波；

所述可調(diào)階次濾波器設(shè)計為：

其中，G為可調(diào)階次濾波器的傳遞函數(shù)，s為拉普拉斯算子，ω為截止頻率，α為可調(diào)參數(shù)，2(1-α)即為可調(diào)階次濾波器的階次，α的取值范圍為(0,1)范圍內(nèi)的任意實數(shù)；

3)調(diào)節(jié)可調(diào)階次濾波器的階次；

4)采用擴(kuò)張狀態(tài)觀測器對運動控制系統(tǒng)的外部擾動力進(jìn)行估計；

所述擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的表達(dá)式為：

其中，e＝z_1,1-x表示狀態(tài)變量x的估計值與實際值之間的誤差，h₁₁,h₁₂,h₁₃,δ為待選參數(shù)，b為系統(tǒng)參數(shù)，u為控制量，z_1,1是狀態(tài)變量x的估計值，z_1,2是x微分的估計值，z_1,3是外部擾動力F_d的估計值；

h₁₁,h₁₂,h₁₃,δ的計算方式為：h₁₁＝1/h,h₁₂＝1/(1.6h^1.5),h₁₃＝1/(8.6h^2.2),δ＝25h，h為采樣周期；

fal(e,0.5,δ)，fal(e,0.25,δ)為非線性函數(shù)，非線性函數(shù)fal(e,γ,δ)的表達(dá)式如下：

其中，γ為冪指數(shù)，在0～1之間取值，sgn(·)為符號函數(shù)；

5)采用分?jǐn)?shù)階比例微分控制器對外部擾動力估計值進(jìn)行補償后得出控制量u′，從而控制被控對象的輸出跟蹤參考輸入。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可調(diào)階次濾波器的分?jǐn)?shù)階自抗擾運動控制方法，其特征在于，所述步驟1)中，運動控制系統(tǒng)的非線性動力學(xué)模型為：

其中，u為運動執(zhí)行器相電壓，即控制量，i為運動執(zhí)行器相電流；R和L分別為運動執(zhí)行器相電阻和相電感；m為運動質(zhì)量，x為運動位移，即狀態(tài)變量；K_m和K_e分別為力系數(shù)和反電動勢系數(shù)；F_f和F_d分別為運動控制系統(tǒng)摩擦力和外部擾動力；d為微分算子；t表示時間。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可調(diào)階次濾波器的分?jǐn)?shù)階自抗擾運動控制方法，其特征在于，所述截止頻率ω為50Hz，可調(diào)參數(shù)α為0.25。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可調(diào)階次濾波器的分?jǐn)?shù)階自抗擾運動控制方法，其特征在于，所述步驟2)中，測量噪聲為：

其中，A為噪聲幅值，ω_n為角頻率，為相位，B為偏差值。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可調(diào)階次濾波器的分?jǐn)?shù)階自抗擾運動控制方法，其特征在于，所述步驟5)中，分?jǐn)?shù)階比例微分控制器設(shè)計為：

u＝K_p·e₀+K_d·e₀·s^μ

其中，u為控制量，e₀＝x_d-x，x_d為參考輸入，K_P和K_d分別為比例系數(shù)和微分系數(shù)，s為拉普拉斯算子，μ為分?jǐn)?shù)階次，取值為0到1之間的任意實數(shù)；

補償后的控制量為u′：u′＝u-z_1,3。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于可調(diào)階次濾波器的分?jǐn)?shù)階自抗擾運動控制方法，其特征在于，所述μ取為0.835。