[發明專利]單軸進給系統的魯棒單調收斂點對點迭代學習控制方法

有效

• 申請號: 202110500437.1
• 申請日: 2021-05-08
• 公開（公告）號: CN113110063B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 陶洪峰;李健;王瑞;莊志和;黃彥德;陶新悅;胡計昶
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 孫建

本發明公開了一種單軸進給系統的魯棒單調收斂點對點迭代學習控制方法，涉及單軸進給系統領域，該方法包括：通過動力學方程式表示單軸進給系統，將動力學方程式轉變離散狀態空間模型并得到輸入輸出矩陣模型；選取M個預設時間點，通過滿足預設條件的托普利茲矩陣得到點對點不確定性動力學方程并得到預設時間點在當前運行批次的輸出向量；通過預設時間點在當前運行批次的輸出向量確定預設時間點在當前運行批次的跟蹤誤差；通過迭代學習控制更新律對當前運行批次的輸入向量進行迭代更新直到跟蹤誤差不大于預設值，通過當前運行批次的輸入向量對單軸進給系統進行控制，實現了點對點跟蹤誤差單調收斂。

技術領域

本發明涉及單軸進給系統領域，尤其是一種單軸進給系統的魯棒單調收斂點對點迭代學習控制方法。

背景技術

單軸進給系統是一種在機械工業普遍運用的驅動系統，例如激光切割機、數控機床、電火花線切割機、水射流機等都需要使用到單軸進給系統，在實際使用中需要驅動單軸進給系統按照特定的軌跡運動，但實際在運行過程中，單軸進給系統跟蹤該特定的軌跡運動的能力不強，往往會有一定的誤差，為了修正這一誤差提高單軸進給系統的跟蹤精度，迭代學習控制方法得到了極大的發展，迭代學習控制方法適用于有限時間范圍內多批次執行同一任務的系統，迭代學習控制方法的原理是：使用之前運行批次的誤差與控制輸入信息，不斷修正更新當前運行批次的控制輸入信息，從而減小當前運行批次的跟蹤誤差，通過迭代學習控制方法，即使部分方法參數未知或者存在未知的外部干擾，也能保證跟蹤誤差在一定條件下的收斂性。

在大多數情況下，迭代學習控制方法的目的是解決跟蹤誤差的問題，然而在許多迭代學習方法的應用中，往往不需要跟蹤完整的軌跡運動，只需要在一些關鍵的時間點滿足跟蹤要求即可，因此現有的迭代學習控制方法不能滿足這一要求，同時當建立的模擬模型不夠準確時，魯棒性會是一個嚴重的問題，迭代學習控制方法的收斂速度會變慢，甚至不能為原有的控制問題提供有效解。

發明內容

本發明人針對上述問題及技術需求，提出了一種單軸進給系統的魯棒單調收斂點對點迭代學習控制方法，本發明的技術方案如下：

一種單軸進給系統的魯棒單調收斂點對點迭代學習控制方法，所述方法包括以下步驟：

通過動力學方程式表示單軸進給系統的動態模型，所述動力學方程式描述當前單軸進給系統的實際位置和控制電壓之間的關系，將所述實際位置作為輸出向量，并根據所述實際位置定義狀態向量，定義控制電壓為輸入向量，將所述動力學方程式轉變為關于當前運行批次的離散狀態空間模型；

將所述離散狀態空間模型轉換為關于時間序列的輸入輸出矩陣模型，所述輸入輸出矩陣模型描述輸入向量和輸出向量之間的關系；

選取所述單軸進給系統在運行過程中的當前運行批次中M個預設時間點，構建滿足收斂約束條件的托普利茲矩陣并對應得到所述單軸進給系統的加性不確定性，通過所述加性不確定性更新所述輸入輸出矩陣模型得到點對點不確定性動力學方程，通過所述點對點不確定動力學方程得到所述預設時間點在當前運行批次的輸出向量；

通過所述預設時間點在當前運行批次的輸出向量確定所述預設時間點在當前運行批次的跟蹤誤差；

根據所述M個預設時間點確定轉換矩陣并修正系統矩陣，通過修正后的系統矩陣得到基于當前運行批次的跟蹤誤差和學習增益的迭代學習控制更新律；

通過所述迭代學習控制更新律對當前運行批次的輸入向量進行迭代更新直到所述預設時間點在當前運行批次的跟蹤誤差不大于預設值，通過所述當前運行批次的輸入向量對所述單軸進給系統進行控制。

其進一步的技術方案為，所述動力學方程式的表達式為：

其中m為慣性系數，c為粘滯摩擦系數，q為當前單軸進給系統的實際位置，為當前單軸進給系統的速度，為當前單軸進給系統的加速度，u為控制電壓。