[發(fā)明專利]適用于重復(fù)性伺服系統(tǒng)的RBF自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重復(fù)控制器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811387830.9
• 申請(qǐng)日: 2018-11-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111211724B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周文委;孫明軒;翁國(guó)慶;張有兵;陳強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P23/00
• 分類號(hào): H02P23/00;H02P21/00
• 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(qiáng)

一種適用于重復(fù)性伺服系統(tǒng)的RBF自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重復(fù)控制器，通過(guò)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)調(diào)節(jié)權(quán)值來(lái)逼近未知參數(shù)的伺服電機(jī)輸入輸出差分方程，并根據(jù)重復(fù)控制方法，在利用前一周期的運(yùn)行信息來(lái)修正當(dāng)前時(shí)刻的控制量，以克服周期性干擾，實(shí)現(xiàn)輸出量對(duì)于給定周期性參考信號(hào)的跟蹤。本發(fā)明提供一種適用于重復(fù)性伺服系統(tǒng)的RBF自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重復(fù)控制器，本發(fā)明針對(duì)重復(fù)性伺服系統(tǒng)的周期運(yùn)行特性，一方面利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近未知參數(shù)的系統(tǒng)模型，另一方面引入重復(fù)控制方法以消除重復(fù)操作過(guò)程中常見(jiàn)的周期性干擾。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及重復(fù)控制技術(shù)，尤其適用于周期參考信號(hào)下的電機(jī)參數(shù)未知的伺服系統(tǒng)，也適用于工業(yè)場(chǎng)合中其它周期性運(yùn)行過(guò)程。

背景技術(shù)

在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，存在許多重復(fù)運(yùn)行的行為。比如工業(yè)機(jī)器人在執(zhí)行焊接、搬運(yùn)、碼垛、銑切和噴漆等任務(wù)時(shí)，需要按照預(yù)設(shè)指令自動(dòng)、重復(fù)執(zhí)行工作。自動(dòng)弧焊機(jī)器人在執(zhí)行焊接操作時(shí)，通過(guò)焊縫軌跡跟蹤技術(shù)，沿著焊縫運(yùn)行同時(shí)焊條長(zhǎng)度與質(zhì)量逐漸減小，完成一次操作后又回到起點(diǎn)重復(fù)運(yùn)行。碼垛機(jī)器人則兼具反復(fù)搬運(yùn)和碼垛的功能，重復(fù)定位精度要求高，且需要在運(yùn)行過(guò)程中按照設(shè)定的垛型調(diào)整目標(biāo)位置的擺放高度和方向。在這些應(yīng)用場(chǎng)合中，工業(yè)機(jī)器人本身的運(yùn)動(dòng)部件——伺服電機(jī)，也明顯存在重復(fù)性、周期性的運(yùn)行特征。為方便表述，本發(fā)明將這種在有限區(qū)間內(nèi)重復(fù)運(yùn)行、間歇操行的伺服系統(tǒng)稱為重復(fù)性伺服系統(tǒng)。

在工程應(yīng)用中，幾乎所有的伺服系統(tǒng)都存在著非線性和不確定性。比如建模的偏差、模型參數(shù)的攝動(dòng)、系統(tǒng)干擾和未建模特性等等。特別是對(duì)于一些大功率、強(qiáng)干擾或者要求精確控制的電機(jī)伺服系統(tǒng)，這種客觀情況造成實(shí)際復(fù)雜系統(tǒng)與理論數(shù)學(xué)模型的偏差，為控制器設(shè)計(jì)帶來(lái)困難。如何克服系統(tǒng)的非線性和不確定性，取得良好的控制性能是伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)挑戰(zhàn)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬大腦的信息處理機(jī)制，具有學(xué)習(xí)和構(gòu)建非線性復(fù)雜關(guān)系的能力。利用其非線性映射能力，用于無(wú)模型系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)，有助于提高控制系統(tǒng)學(xué)習(xí)和適應(yīng)不確定動(dòng)態(tài)特性的性能。David等人的研究工作表明，相比BP(backpropagation)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，徑向基函數(shù)(radical basis function,RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)輸入到輸出的非線性映射，具有更好的函數(shù)逼近能力(DavidDaniel Sbarbaro.AnAdaptive Sliding-Mode Controller for Discrete Nonlinear Systems.IEEETransactions on Industrial Electronics,2000,47(3):574-583.)。已有工作主要考慮利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近未知參數(shù)的電機(jī)模型，簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。比如Hicham Chaoui等人提出一種無(wú)需電流環(huán)的永磁同步電機(jī)速度調(diào)速策略，以RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近電機(jī)d軸電壓，在部分電機(jī)參數(shù)未知的情況下實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的速度跟蹤控制(Hicham Chaoui,Mehdy Khayamy,andOkezie Okoye.Adaptive RBF Network Based Direct Voltage Control for InteriorPMSM Based Vehicles.IEEE Transactions on Vehicular Technology,2018,67(7):5740-5749.)。上述工作針對(duì)電機(jī)和控制系統(tǒng)本身解決問(wèn)題，并沒(méi)有考慮重復(fù)性伺服系統(tǒng)中電機(jī)運(yùn)行過(guò)程的周期性。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決復(fù)雜工況中，重復(fù)性伺服系統(tǒng)中常見(jiàn)的周期性干擾和未知模型情況下的控制器設(shè)計(jì)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種適用于重復(fù)性伺服系統(tǒng)的RBF自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重復(fù)控制器，本發(fā)明針對(duì)重復(fù)性伺服系統(tǒng)的周期運(yùn)行特性，一方面利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近未知參數(shù)的系統(tǒng)模型，另一方面引入重復(fù)控制方法以消除重復(fù)操作過(guò)程中常見(jiàn)的周期性干擾。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種適用于重復(fù)性伺服系統(tǒng)的RBF自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重復(fù)控制器，通過(guò)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)調(diào)節(jié)權(quán)值來(lái)逼近未知參數(shù)的伺服電機(jī)輸入輸出差分方程，并根據(jù)重復(fù)控制方法，在利用前一周期的運(yùn)行信息來(lái)修正當(dāng)前時(shí)刻的控制量，以克服周期性干擾，實(shí)現(xiàn)輸出量對(duì)于給定周期性參考信號(hào)的跟蹤；