[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

本發明公開了不確定重復控制系統協調設計方法及系統，針對標稱模型，基于跟蹤控制要求設計狀態反饋控制器；推導擾動估計與補償控制的靈敏度函數，根據擾動抑制要求設計廣義等價輸入干擾估計器和狀態估計器。然后，根據小增益定理考察閉環不確定系統的魯棒穩定性，檢驗其擾動抑制性能。若性能不滿足要求，則通過協調內環控制參數實現閉環控制系統的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不確定重復控制系統的參數協調設計。本發明提供的技術方案構造簡單，充分考慮被控對象存在的未知擾動和動態不確定性，參數設計簡單，便于實際運用，系統魯棒性強，控制精度高。

技術領域

本發明涉及重復控制系統領域，更具體的說，涉及一種通過優化配置擾動抑制帶寬和系統魯棒性能的控制參數協調設計方法。

背景技術

工業過程中普遍存在執行周期性任務的控制系統，如負責搬運、焊接、裝配等的機器人。重復控制是處理上述具有周期性控制任務的有效方法。但是，實際過程中不可避免的外界干擾和建模誤差等嚴重影響重復控制系統的穩定性和控制品質。雖然二自由度控制系統能夠提高控制系統抗干擾性能，但現有設計方法沒有考慮系統未建模動態，且缺乏科學系統性的控制參數調節方法，這限制重復控制系統控制性能的提升，甚至可能導致系統不穩定。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種內外環控制參數的協調設計方法，通過協調配置內環抗干擾帶寬和外環魯棒性能，解決抗干擾性能和魯棒性能的折衷控制難題，幫助工程師能夠基于控制性能指標更系統有效地整定控制參數，使重復控制系統即使在存在動態建模誤差的情況下，擁有更優的魯棒性能和抗干擾能力。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種內外環控制參數的協調設計方法，包含以下步驟：

S1、對控制系統進行參數辨識，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控制結構框圖；

S3、基于S2建立的標稱控制系統，設置狀態反饋控制器、狀態觀測器和廣義等價輸入干擾估計器；

S4、基于S3設計的控制器，結合控制性能要求，檢查重復控制系統的魯棒穩定性和抗干擾性能，若閉環系統抗干擾性能不滿足控制要求，通過參數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；最終獲得含動態不確定性的被控系統模型為：

其中，s為拉普拉斯算子；G_p(s)為被控系統的實際傳遞函數；W_Δ(s)為被控系統的乘性不確定性；W_Δ(s)為被控系統的乘性不確定性；G_n(s)表示被控系統的標稱數學模型；W(s)是描述乘性不確定性大小的加權函數，它是穩定的有理函數；Δ(s)是滿足||Δ||_∞≤1的有理函數集合；z(s)和w(s)分別表示乘性不確定性的輸入信號和輸出信號。

假設G_n(s)的狀態空間方程為：

其中，x_n(t)為標稱系統的狀態變量，是狀態變量對時間的一階導數，u(t),y_n(t)為標稱系統的輸入和輸出，A,B,C是系統參數，d(t)是外界干擾。

實際系統的輸出為：

y(t)＝z(t)+w(t),z(t)＝y_n(t) (3)

進一步地，在本發明的不確定重復控制系統協調設計方法中，步驟S2具體包括：