[發明專利]有限值冪次吸引重復控制器設計方法

在審

• 申請號: 202010783529.0
• 申請日: 2020-08-06
• 公開（公告）號: CN112068423A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 胡軼;薛良曾;朱鵬升;詹亦釗;孫明軒
• 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

一種有限值冪次吸引重復控制器設計方法，給定模塊產生周期性的參考信號，構造周期反饋環節；在一種有限值冪次吸引律中引入等效擾動補償，利用干擾觀測器對等效擾動進行估計；構建理想誤差動態(帶干擾抑制作用的吸引律)，并依據理想誤差動態設計控制器，將當前計算得到的信號作為伺服系統的輸入；具體的控制器參數整定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吸引域邊界、單調減區域、絕對吸引層、穩態誤差帶和最大收斂步數的計算公式。本發明提供的有限值冪次吸引重復控制器，能夠實現對干擾信號周期成分的完全抑制，并且抑制其非周期成分的影響。

技術領域

本發明涉及一種基于擾動補償的有限值冪次吸引重復控制器設計方法，可用于伺服電機驅動系統重復控制，也適用于其它周期運行工業過程。

背景技術

實際工業場合存在大量跟蹤周期參考信號下的控制系統，例如執行重復任務的伺服電機驅動系統。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以及對周期干擾有效抑制。其存儲前一周期控制信號，由此時的誤差修正前一周期的控制，構成當前的輸入控制。重復控制的機理就是將給定信號的模型作為機理內模，構造在控制系統內，實現對參考信號跟蹤靜差為零，從而實現高精度的軌跡跟蹤。依據內模原理設計重復控制器，需要構造一個周期T的周期參考內模它可由前向通道傳函為周期時延(e^-Ts)環節的單位正反饋回路實現。不需考慮周期參考信號的具體形式，只要給定初始段信號，內模模塊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。

吸引律方法提供了一種直接利用跟蹤誤差、且使得跟蹤誤差按預定吸引方式收斂的控制系統設計方法，以解決不確定系統精確軌跡跟蹤控制問題。控制器設計更為直接、簡潔。從已發表文獻看，現有的有限時間收斂的吸引律形式并不多，發掘新穎的吸引律形式對于不斷改進收斂性能、逐漸豐富這種方法是十分重要的。常規吸引律能反映誤差衰減特性，但獨立于系統特性，未考慮系統不確定性。因此，直接依據常規吸引律設計控制器往往無法實現。解決的辦法是將干擾抑制措施“嵌入”原吸引律，構建具有擾動補償的理想誤差動態，并依據構造的理性誤差動態設計控制器。這樣，閉環系統動態過程由理想誤差動態所決定，具有其所表征的期望跟蹤性能。通過離散化連續吸引律，可形成數字控制器設計的具體方法。經由誤差性能分析，給出刻畫跟蹤誤差瞬態和穩態行為的性能指標，有下述具體指標：吸引域、單調減區域、絕對吸引層、穩態誤差帶以及最大收斂步數。實際上，該五個指標的具體取值依賴于控制器參數，控制器參數不同，指標取值也不同。這樣，一旦給定理想誤差動態形式，可預先給出五個指標具體表達式，用于控制器參數整定。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提出一種適用于伺服電機驅動系統的采用等效擾動補償的有限值吸引重復控制器設計方法，為使得閉環系統具有預先設定的期望誤差跟蹤性能，且能有效抑制抖振，提出一種右端函數取有限值的冪次有限值吸引律，并依據由該吸引律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，又考慮到擾動中存在非周期成分，在閉環系統中引入等效擾動觀測器，用于補償非周期性干擾，以提高控制性能，使得伺服系統實現高速、高精度跟蹤。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案是：

一種有限值冪次吸引重復控制器設計方法，所述方法包括以下步驟：

1)設定參考信號，其周期性滿足

r(k)＝r(k-N) (1)

其中，r(k)和r(k-N)分別表示k時刻和k-N時刻的參考信號，N為參考信號的周期。

2)定義跟蹤誤差信號，

e(k)＝r(k)-y(k) (2)

其中，e(k)表示k時刻的跟蹤誤差，y(k)表示k時刻系統輸出。

3)給定連續吸引律