[發明專利]多模態魯棒自抗擾運動控制方法及系統

有效

• 申請號: 202210063377.6
• 申請日: 2022-01-20
• 公開（公告）號: CN114089637B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 王常虹;王冠;夏紅偉;馬廣程
• 申請（專利權）人: 伸瑞科技（北京）有限公司;哈爾濱工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京智燃律師事務所 11864
• 代理人: 柴琳琳

本發明涉及多模態魯棒自抗擾運動控制方法及系統。所述方法包括依次執行的如下步驟：根據被控系統信息，判斷被控系統當前所處的控制模態；其中，所述被控系統信息包括被控系統的狀態信息；根據所述被控系統當前所處的控制模態，確定與所述被控系統當前所處的控制模態對應的理想控制指令；根據所述被控系統信息和所述理想控制指令，確定所述被控系統的實際控制指令。本發明的控制方法及系統能夠實現所述控制方法能夠實現對理想控制指令的修正得到實際控制指令，抑制不同模態控制規律轉換時被系統的瞬態響應，實現多模態系統的控制，提高了控制精度以及被控系統的穩定性，使得多模態被控系統具有較強的魯棒性。

技術領域

本發明涉及運動控制技術領域，尤其涉及一種多模態魯棒自抗擾運動控制方法及系統。

背景技術

運動控制技術在當今工業中應用廣泛，如電機運動控制、數控機床、機器人控制等。運動控制是指對位置/位移、速度、加速度等運動量進行控制。采用電動機作為運動執行器，相比其它類型的運動執行器，具有結構簡單、響應快、精度和效率高等優點，有利于實現高速或低速、高精度等高性能運動控制，在現代工業、民用、醫療、交通和軍事等領域具有廣泛的應用前景。

由于運動控制系統存在摩擦力、系統參數變化、負載擾動力等因素影響，尤其是系統非線性因素(如信號測量噪聲)和不確定干擾，很大程度上影響系統的運動精度。因此對運動控制器的性能提出了很高的要求。

目前，有越來越多的先進控制算法被運用到運動控制研究中，常見的有迭代學習控制算法、自適應魯棒控制算法、神經網絡控制算法和自抗擾控制算法等，其中自抗擾控制被公認為較為有效的技術。

現有技術中中國發明專利“一種基于可調階次濾波器的分數階自抗擾運動控制方法”(公告號CN108459507B，2021年05月25日)提出了一種具有參數調節靈活、易于工程實現的運動控制方法，并有效改善了運動控制系統對測量噪聲和干擾的抑制能力，但其針對的模型相對簡單，且未考慮多模態特性。

現有技術中中國發明專利“一種用于飛行器多模態控制系統的設計方法”(公告號CN104573182B，2017年12月08日)提出了一種用于飛行器多模態控制系統的設計方法，能夠對系統進行功能、物理、軟件體系結構進行定義和分析，但對于具體的控制器設計并未詳細給出。

論文“Adaptive tracking control for a class of uncertain switchednonlinear systems”(Zhao X,Zheng X,Niu B,et al.Adaptive tracking control for aclass of uncertain switched nonlinear systems[J].Automatica,2015,2:185-191.)針對一類具有未知函數的切換非線性系統控制問題，采用自適應反步技術構造狀態反饋控制器，并利用李雅普諾夫函數證明了其穩定性。所設計的狀態反饋控制器可以確保所有信號有界，并且跟蹤誤差收斂到原點的一個小鄰域，但其控制器設計未對系統擾動進行處理，并且在模態切換時，被控對象的瞬態響應可能產生突變，消耗較多能源，同時可能損害系統執行機構。

然而，相關技術中的自抗擾運動控制方法未考慮較為復雜且具有實際工程意義的系統多模態特性，難以抑制執行機構的瞬態響應突變，即存在模態切換時控制指令的突變而導致的閉環系統穩定性降低，系統的控制精度降低的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種多模態魯棒自抗擾運動控制方法，實現多模態系統的控制，提高了控制精度以及被控系統的穩定性，使得多模態被控系統具有較強的魯棒性。

本發明首先提供了一種多模態魯棒自抗擾運動控制方法，所述方法包括依次執行的如下步驟：根據被控系統信息，判斷被控系統當前所處的控制模態；其中，所述被控系統信息包括被控系統的狀態信息；根據所述被控系統當前所處的控制模態，確定與所述被控系統當前所處的控制模態對應的理想控制指令；根據所述被控系統信息和所述理想控制指令，確定所述被控系統的實際控制指令。