[發明專利]不確定重復控制系統協調設計方法及系統

在審

• 申請號: 202110964447.0
• 申請日: 2021-08-22
• 公開（公告）號: CN113671833A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 余攀;蔣興華;李曉理;王康
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種不確定重復控制系統協調設計方法，其特征在于，包含以下步驟：

S1、對被控系統進行參數辨識，獲得含動態不確定性信息的系統模型；

S2、基于S1的系統模型，建立基于擾動估計與補償的動態不確定重復控制系統；

S3、基于S2建立的控制系統，利用分離定理，分別設置由狀態反饋控制器和參考輸入內模組成的跟蹤控制子系統和由狀態觀測器和廣義等價輸入干擾估計器組成的抗干擾子系統；

S4、基于S3設計的控制器，結合閉環系統性能要求，檢查重復控制系統的魯棒穩定性和抗干擾性能，若抗干擾性能不滿足控制要求，通過協調設計算法實現抗干擾性能和魯棒性能的折衷優化控制。

步驟S1中，在不同條件下對被控系統進行辨識實驗，以獲得大量辨識模型；選定標稱模型，計算所有辨識模型與標稱模型之差的增益并繪圖，獲得加權函數；

步驟S2中，首先構造全維龍伯格狀態觀測器，改進型重復控制器中Fr(s)為低通濾波器，廣義等價輸入干擾估計器中包含控制增益K_e和一般低通濾波器F_d(s)。考慮將控制增益K_e的設計自由度融入到對一般低通濾波器F_d(s)的設計中。基于狀態觀測器和改進型重復控制器，構造狀態反饋控制器。

步驟S3中，分析得到控制系統的靈敏度函數，記系統內環的開環傳遞函數為L_i(s)，標稱系統的內環靈敏度函數為S_in(s)，實際系統內環和外環的靈敏度函數分別為S_i(s)和S_o(s)，實際系統內環和外環的補靈敏度函數分別為T_i(s)和T_o(s)；

含動態不確定性的閉環控制系統性能能夠趨于標稱控制系統，且標稱控制系統的性能由狀態反饋控制器決定。針對標稱控制系統，設置標稱控制系統的跟蹤控制參數和抗干擾控制參數。基于分離定理，標稱系統的設計簡化為外環跟蹤控制子系統和內環抗干擾子系統的獨立設計。外環跟蹤控制子系統由參考信號的內模和狀態反饋控制器組成，抗干擾控制子系統由狀態觀測器和廣義等價輸入干擾估計器組成的。

檢驗基于等價輸入干擾方法的動態不確定重復控制系統的魯棒穩定性，若系統魯棒穩定，檢測系統的抗干擾性能。其中，采用跟蹤誤差的ITAE指標來衡量控制系統抗干擾性能；若重復控制系統的抗干擾性能滿足要求，則完成算法設計；若性能不滿足要求，則利用控制系統的二自由度屬性通過協調內環控制參數實現控制系統擾動抑制性能和魯棒性能的折衷優化控制，最終實現基于擾動估計與補償的重復控制系統協調設計。

2.根據權利要求1所述的一種不確定重復控制系統協調設計方法，其特征在于，在步驟S4中：

若基于擾動估計與補償的動態不確定重復控制系統性能滿足控制要求，則無需再進行控制參數的協調設計。如果重復控制系統不穩定，即魯棒性能不滿足要求，或抗干擾性能不滿足控制性能要求，那么需進行重復控制系統的參數協調設計。

3.基于擾動估計與補償的重復控制系統協調設計方法，其特征在于，采用權利要求1-2任一項所述的控制參數協調設計方法進行重復控制系統參數整定。