[發明專利]基于預濾波摩擦補償器與改進重復控制相結合的控制策略

在審

• 申請號: 202211635292.7
• 申請日: 2022-12-19
• 公開（公告）號: CN116009384A
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 孔令飛;張朝輝;李仲男
• 申請（專利權）人: 西安精擘華科技有限公司
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 徐瑤

1.基于預濾波摩擦補償器與改進重復控制相結合的控制策略，其特征在于，具體按照以下步驟實施：

步驟1：在P/PI級聯控制器的基礎上增加預濾波摩擦補償器來提高驅動系統的抗摩擦干擾能力；

步驟2：確定驅動系統的輸出電壓與跟蹤誤差的傳遞函數；

步驟3：利用最小二乘法，獲取預濾波摩擦補償器中LuGre模型的具體參數；使用果蠅優化算法獲得最優的動態參數預估；

步驟4：設計低通濾波器和線性相位超前補償器，將設計后的低通濾波器及動態補償器引入到傳統的P/PI級聯控制器中就得到了重復控制器；

步驟5：將步驟4確定的重復控制器的作用時間段設置在運動換向處得到分段式重復控制；

步驟6：將步驟5得到的分段式重復控制與設計好的預濾波摩擦補償器結合形成改進重復控制框架。

2.根據權利要求1所述的基于預濾波摩擦補償器與改進重復控制相結合的控制策略，其特征在于，步驟1具體按照以下步驟實施：

步驟1.1：首先，確定參考位移與實際位移的閉環傳遞函數G_YX表示為：

式中：X_R為參考位移；X_F為實際位移；G_m為機械系統；F_CF為預濾波摩擦補償器；C為P/PI級聯控制器；

確定系統干擾力f_F與實際軌跡的傳遞函數G_Yd的關系表示為：

由式(2)可知干擾抑制僅與F_CF有關，通過F_CF可獲得最優的抑制特性；

步驟1.2：以式(1)及(2)為基礎，在P/PI級聯控制策略的基礎上，設計預濾波摩擦補償器對控制系統進行優化；所述預濾波摩擦補償器利用驅動系統的真實數據來預測控制模型的逆解，結合LuGre摩擦模型，形成對參考軌跡的預濾波處理，將摩擦引起的跟蹤誤差e_F表示為：

其中：f_F為摩擦力；X_RF為預濾波摩擦補償器F_CF產生的預補償信號；P/PI級聯控制器C的逆模型采用系統辨識方法獲得，f_F使用摩擦模型來精準地預估。

3.根據權利要求2所述的基于預濾波摩擦補償器與改進重復控制相結合的控制策略，其特征在于，步驟2具體按照以下步驟實施：

使用往復軌跡進行閉環跟蹤測試辨識控制系統模型的逆解H_F＝C^-1，確定驅動系統的輸出電壓與跟蹤誤差的傳遞函數表示為：

其中：e_L為跟蹤誤差；Y_p為控制系統輸出電壓。

4.根據權利要求3所述的基于預濾波摩擦補償器與改進重復控制相結合的控制策略，其特征在于，步驟3中，LuGre模型的具體參數由σ₀、σ₁、σ₂、F_c、F_s和v_s六個參數組成，其數學表達為：

其中：σ₀為剛度系數；σ₁為阻尼系數；σ₂為粘滯摩擦系數；F、F_c、F_s分別代表總摩擦力、庫倫摩擦力和最大靜摩擦力；v_s為Stribeck速度。