[發(fā)明專(zhuān)利]基于預(yù)濾波摩擦補(bǔ)償器與改進(jìn)重復(fù)控制相結(jié)合的控制策略

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211635292.7
• 申請(qǐng)日: 2022-12-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116009384A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孔令飛;張朝輝;李仲男
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安精擘華科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G05B11/42
• 分類(lèi)號(hào): G05B11/42
• 代理公司: 西安弘理專(zhuān)利事務(wù)所 61214
• 代理人: 徐瑤

本發(fā)明公開(kāi)基于預(yù)濾波摩擦補(bǔ)償器與改進(jìn)重復(fù)控制相結(jié)合的控制策略，具體：步驟1：在P/PI級(jí)聯(lián)控制器的基礎(chǔ)上增加預(yù)濾波摩擦補(bǔ)償器來(lái)提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的抗摩擦干擾能力；步驟2：確定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸出電壓與跟蹤誤差的傳遞函數(shù)；步驟3：獲取預(yù)濾波摩擦補(bǔ)償器中LuGre模型的具體參數(shù)；步驟4：設(shè)計(jì)重復(fù)控制器；步驟5：將步驟4確定的重復(fù)控制器的作用時(shí)間段設(shè)置在運(yùn)動(dòng)換向處得到分段式重復(fù)控制；步驟6：將步驟5得到的分段式重復(fù)控制與設(shè)計(jì)好的預(yù)濾波摩擦補(bǔ)償器結(jié)合形成改進(jìn)重復(fù)控制框架。本發(fā)明方法將預(yù)濾波摩擦補(bǔ)償控制與分段重復(fù)控制相結(jié)合，大幅改進(jìn)了各個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)換向處誤差和收斂速率，降低了因摩擦干擾對(duì)產(chǎn)品加工質(zhì)量的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)械設(shè)計(jì)與制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于預(yù)濾波摩擦補(bǔ)償器與改進(jìn)重復(fù)控制相結(jié)合的控制策略。

背景技術(shù)

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)受到摩擦擾動(dòng)的影響，若不能有效抑制摩擦干擾，則會(huì)降低驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度，進(jìn)而影響產(chǎn)品的加工質(zhì)量。針對(duì)上述問(wèn)題，學(xué)者們提出了多種控制策略，例如模糊PID控制、滑模控制和自抗擾控制等，旨在克服摩擦擾動(dòng)因素的影響。然而，上述方法存在一定的局限性，如模糊PID控制的自調(diào)節(jié)能力有限，滑模控制會(huì)產(chǎn)生顫振，而自抗擾控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜且參數(shù)較多。因此，控制策略的選擇必須依據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行權(quán)衡，從而大幅度提升驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的跟蹤精度及抗干擾能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于預(yù)濾波摩擦補(bǔ)償器與改進(jìn)重復(fù)控制相結(jié)合的控制策略，將預(yù)濾波摩擦補(bǔ)償控制與分段重復(fù)控制相結(jié)合，大幅改進(jìn)了各個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)換向處誤差和收斂速率，降低了因摩擦干擾對(duì)產(chǎn)品加工質(zhì)量的影響。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，基于預(yù)濾波摩擦補(bǔ)償器與改進(jìn)重復(fù)控制相結(jié)合的控制策略，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1：在P/PI級(jí)聯(lián)控制器的基礎(chǔ)上增加預(yù)濾波摩擦補(bǔ)償器來(lái)提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的抗摩擦干擾能力；

步驟2：確定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸出電壓與跟蹤誤差的傳遞函數(shù)；

步驟3：利用最小二乘法，獲取預(yù)濾波摩擦補(bǔ)償器中LuGre模型的具體參數(shù)；使用果蠅優(yōu)化算法獲得最優(yōu)的動(dòng)態(tài)參數(shù)預(yù)估；

步驟4：設(shè)計(jì)低通濾波器和線(xiàn)性相位超前補(bǔ)償器，將設(shè)計(jì)后的低通濾波器及動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器引入到傳統(tǒng)的P/PI級(jí)聯(lián)控制器中就得到了重復(fù)控制器；

步驟5：將步驟4確定的重復(fù)控制器的作用時(shí)間段設(shè)置在運(yùn)動(dòng)換向處得到分段式重復(fù)控制；

步驟6：將步驟5得到的分段式重復(fù)控制與設(shè)計(jì)好的預(yù)濾波摩擦補(bǔ)償器結(jié)合形成改進(jìn)重復(fù)控制框架。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

步驟1具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1.1：首先，確定參考位移與實(shí)際位移的閉環(huán)傳遞函數(shù)G_YX表示為：

式中：X_R為參考位移；X_F為實(shí)際位移；G_m為機(jī)械系統(tǒng)；F_CF為預(yù)濾波摩擦補(bǔ)償器；C為P/PI級(jí)聯(lián)控制器；

確定系統(tǒng)干擾力f_F與實(shí)際軌跡的傳遞函數(shù)G_Yd的關(guān)系表示為：

由式(2)可知干擾抑制僅與F_CF有關(guān)，通過(guò)F_CF可獲得最優(yōu)的抑制特性；

步驟1.2：以式(1)及(2)為基礎(chǔ)，在P/PI級(jí)聯(lián)控制策略的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)預(yù)濾波摩擦補(bǔ)償器對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化；所述預(yù)濾波摩擦補(bǔ)償器利用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的真實(shí)數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)控制模型的逆解，結(jié)合LuGre摩擦模型，形成對(duì)參考軌跡的預(yù)濾波處理，將摩擦引起的跟蹤誤差e_F表示為：