[發明專利]具有等效擾動補償的1/2冪次吸引重復控制方法

有效

• 申請號: 201910386927.6
• 申請日: 2019-05-10
• 公開（公告）號: CN110032073B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 孫明軒;李旺;王晗;鄒勝祥
• 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

一種具有等效擾動補償的1/2冪次吸引重復控制方法，給定模塊產生周期性的參考信號，構造周期前饋環節，在1/2冪次吸引律中引入等效擾動補償，利用擾動觀測器對等效擾動進行估計；基于冪次吸引律構建理想誤差動態，并依據理想誤差動態設計控制器，將計算得到的信號作為伺服系統的控制輸入；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，且給出了表征跟蹤誤差收斂過程的單調減區域、絕對吸引層、穩態誤差帶邊界以及跟蹤誤差首次進入穩態誤差帶最大步數的計算公式。本發明提供的具有等效擾動補償的1/2冪次吸引重復控制方法，通過對等效擾動的估計，能夠提高系統跟蹤精度以及完全抑制周期擾動。

技術領域

本發明設計一種具有等效擾動補償的1/2冪次吸引重復控制方法，該控制方法用于周期位置伺服系統，也適用于其他含有周期運行過程的工業場合。

背景技術

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，使系統能夠無誤差地跟蹤輸入信號。重復控制是內模原理的典型應用，不考慮輸入信號的具體形式，只要給定初始段信號，內模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。依據內模原理設計的重復控制器具有“記憶”和“學習”特性，實現周期參考信號軌跡跟蹤和周期擾動完全抑制。目前，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。

與趨近律基于滑模函數設計動態的方法不同的是，吸引律是一種直接基于誤差設計動態的方法，而且吸引律方法能夠使誤差在有限時間內收斂。吸引律方法直接利用跟蹤誤差信號，控制器設計更為直接、簡潔。吸引律能反映出不考慮擾動情況時期望的系統誤差動態特性；在存在干擾的情形下，無法直接依據吸引律設計控制器，因此將干擾抑制措施“嵌入”吸引律，構建具有擾動抑制作用的理想誤差動態，依據構造的理想誤差動態方程設計數字控制器。閉環系統動態過程由理想誤差動態所決定，且具有理想誤差動態所表征的期望跟蹤性能。在吸引律方法中，常用單調遞減區域、絕對吸引層、穩態誤差帶以及跟蹤誤差首次進入穩態誤差帶所需的最大步數表征系統的性能。一旦給定理想誤差動態形式，預先給出各項指標的具體表達式，用于指導控制器參數整定。

擴張狀態觀測器是自抗擾控制的核心單元，其基本做法是將總體擾動(包括內擾和外擾)定義為新的狀態，借用擴張狀態觀測器設計的方法，構造擴張變量 (包括總體擾動作用)的擾動觀測器。它不僅能夠估計系統變量，還能估計系統模型中總體擾動的實時作用量，用于補償擾動信號的影響。由于總體擾動囊括系統模型中的不確定性，大大簡化了系統模型，控制增益看成已知的，便于控制器設計。

發明內容

為了解決現有冪次吸引重復控制器無法實現伺服系統高精度跟蹤和無法完全抑制周期擾動的問題，本發明提出一種具有等效擾動補償的1/2冪次吸引重復控制方法，為使得閉環系統具有預先設定的期望誤差跟蹤性能，依據冪次吸引構造的理想誤差動態方程設計電機伺服重復控制器，在實現對周期干擾成分完全抑制的同時，考慮到擾動存在非周期成分，在閉環系統中引入擾動觀測器，以便補償非周期性干擾，進一步提高控制性能，使得電機伺服系統實現高速、高精度跟蹤；本發明將影響系統輸出的擾動作用擴張成新的變量，構造擾動觀測器，這個擾動觀測器不需要直接量測擾動信號，也無需知道擾動信號的具體模型，本發明具體給出穩態誤差帶、絕對吸引層、單調減區域以及跟蹤誤差首次進入穩態誤差帶所需最多步數四個指標的具體表達式，用于指導控制器參數整定。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案是：

一種具有等效擾動補償的1/2冪次吸引重復控制方法，包括以下步驟：

步驟1.給定周期參考信號，滿足

r_k＝r_k-N (1)

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

步驟2.定義跟蹤誤差