[發明專利]一種速度受限的大行程點位運動控制方法

有效

• 申請號: 202011413999.4
• 申請日: 2020-12-05
• 公開（公告）號: CN112684703B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 程國揚;李慧
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 錢莉;蔡學俊

1.一種速度受限的大行程點位運動控制方法，其特征在于，針對二階伺服系統的模型，設計一個由時間最優控制律向線性控制律平穩過渡的時間準最優定點伺服控制律，設計一個能實現恒速調節的速度控制律；系統在點位運動的初始階段采用所述時間準最優定點伺服控制律進行加速，當速度達到其限值且趨于繼續增大時則切換到所述速度控制律進行恒速調節，隨后當系統進入目標鄰域再切換回時間準最優伺服控制律進行減速和平穩控制；

所述設計一個由時間最優控制律向線性控制律平穩過渡的時間準最優定點伺服控制律具體為：

針對定點目標r進行跟蹤，得到時間準最優定點伺服控制律u_p：

u_p＝sat(k_p[e+f_p(v)])；

式中，e為跟蹤誤差，e＝r-y，f_p(v)表示關于速度變量v的分段非線性函數；

所述設計的能實現恒速調節的速度控制律為：

u_v＝sat(k_v[sign(e)·v_m-v]-a·v/b)；

式中，k_v＞0是比例控制系數；v_m是系統速度的上限值，即允許的最大速度；

其中，sat()是飽和限幅函數，k_p是線性控制區內的位置反饋增益系數，y為系統的受控輸出量，a與b均為模型參數，并且a＜0，b＞0；v為速度信號。

2.根據權利要求1所述的一種速度受限的大行程點位運動控制方法，其特征在于，所述二階伺服系統的模型為帶慣性阻尼環節的伺服系統，其系統模型描述如下：

式中，y為系統的受控輸出量，即位置；v為速度信號，u為控制輸入信號，a與b均為模型參數，并且a＜0，b＞0；和和分別是y和v對時間的一階導數；sat(u)是最大幅值為u_max的飽和限幅函數。

3.根據權利要求2所述的一種速度受限的大行程點位運動控制方法，其特征在于，所述關于速度變量v的分段非線性函數f_p(v)的表達式如下：

式中，ln(·)表示自然對數函數，v_l為預設的速度閾值，即線性控制區的寬度；y_s是一個偏置值；k_p和k_d分別是線性控制區內的位置與速度反饋增益系數；sign(·)是標準的符號函數。

4.根據權利要求3所述的一種速度受限的大行程點位運動控制方法，其特征在于，利用分段函數f_p(v)在閾值v_l處的連續性和平滑性得到所述預設的速度閾值v_l以及偏置值y_s如下：

5.根據權利要求1所述的一種速度受限的大行程點位運動控制方法，其特征在于，所述系統在點位運動的初始階段采用所述時間準最優定點伺服控制律進行加速，當速度達到其限值且趨于繼續增大時則切換到所述速度控制律進行恒速調節，隨后當系統進入目標鄰域再切換回時間準最優伺服控制律進行減速和平穩控制具體為：

系統進行點位運動的初始階段采用時間準最優定點伺服控制律u_p進行加速，這時系統處于位置控制模式，即模式1；

在模式1中，如果檢測到系統的速度達到其限制值且趨于繼續增大，即滿足以下觸發條件：

|v|≥v_m∧v[a·v+b·sat(u_p)]＞0；

則把系統控制切換為速度控制律u_v，這時系統進入速度調節模式，即模式2；

在模式2中，當系統接近目標位置使得如下觸發條件成立：

v[a·v+b·sat(u_p)]＜0；

則把系統控制切換回位置控制模式，即模式1，采用控制律u_p；

則系統最終的控制量按照模式切換的規則給出如下：

6.一種速度受限的大行程點位運動控制系統，其特征在于，包括存儲器、處理器以及存儲于存儲器中并能夠被處理器運行的程序指令，當處理器運行該程序指令時，實現如權利要求1-5其中任一項所述的方法步驟。