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专利号: 2017107435633
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种采用扰动扩张补偿的电机位置离散重复控制方法,被控对象为周期伺服系统,其特征在于:包括以下步骤:

1)给定周期参考信号rk,满足rk=rk-N                                    (1)其中,N为参考信号的周期,rk,rk-N分别表示k,k-N时刻的参考信号;

2)构造等效扰动

dk=wk-wk-N                                  (2)其中,N为参考信号的周期,dk表示k时刻的等效扰动信号,wk,wk-N分别表示k,k-N时刻的干扰信号;

3)构造离散时间抛物线吸引律

ek+1=(1-ρ)ek-ε·|ek|λ fal_parabola(ek,δ)                (3)式中

其中,

其中,ek=rk-yk

ek,ek+1表示k,k+1时刻跟踪误差,yk为k时刻系统输出;ρ表征吸引指数,ε表征ρ=0时的等速吸引速度,ρ、ε均为可调参数,λ为幂次项指数,δ为抛物线函数系数,其取值范围满足ε>0,0<ρ<1,δ>0,

4)设计等效扰动扩张状态补偿

其中,d表示延迟,A(q-1)和B(q-1)为q-1的多项式,q-1是一步延迟算子,d表示延迟,d为整数,且d≥1,uk,uk-N分别表示k,k-N时刻的输入信号,yk,yk-N,yk+1-N分别表示k,k-N,k+1-N时刻的输出信号,rk+1表示k+1时刻的参考信号; 为k时刻对误差ek的估计,β1为关于误差的观测器增益系数,β2为关于等效扰动的观测器增益系数,β1和β2可进行适当配置,只要满足的特征值都在单位圆内即可; 为等效扰动dk+1的补偿值,dk+1为k+1时刻等效扰动;

5)将干扰抑制补偿措施嵌入吸引律(3),构造如下理想误差动态

6)依据理想误差动态(5)设计基于扩张状态观测器的重复控制器式中,

A′(q-1)=a1+a2q-1+…+anq-n+1=q(A(q-1)-1)A(q-1)=1+a1q-1+…+anq-nB(q-1)=b0+b1q-1+…+bmq-m满足伺服对象

A(q-1)yk=q-dB(q-1)uk+wk                      (7)其中,wk为k时刻的干扰信号;n为A(q-1)的阶数,m为B(q-1)的阶数;a1,…,an,b0,...,bm为系统参数且b0≠0,n≥m;

重复控制器(6)也表达成

uk=uk-N+vk                          (8)其中,

将uk作为伺服对象的控制输入信号,量测获得伺服系统输出信号yk,跟随参考信号rk变化。

2.如权利要求1所述的采用扰动扩张补偿的电机位置离散重复控制方法,其特征在于:所述重复控制器的可调整参数包括ρ,ε,δ,其取值范围满足ε>0,0<ρ<1,δ>0,定义等效扰动界Δ,即 控制器参数整定根据表征系统收敛性能的指标进行;这些指标是单调减区域ΔMDR,绝对吸引层ΔAAL和稳态误差带ΔSSE,具体定义如下:单调减区域ΔMDR

绝对吸引层ΔAAL

稳态误差带ΔSSE

(1)单调减区域ΔMDR

ΔMDR=max{ΔMDR1,ΔMDR2}                       (9)式中,ΔMDR1,ΔMDR2为实数,且满足(2)绝对吸引层ΔAAL

ΔAAL=max{ΔAAL1,ΔAAL2}                       (11)式中,ΔAAL1,ΔAAL2为实数,由下式确定,(3)稳态误差带ΔSSE

ΔSSE=max{ΔSSE1,ΔSSE2}                             (13)式中,ΔSSE1,ΔSSE2为实数,由下式确定,取

(1)单调减区域(ΔMDR)

ΔMDR=max{ΔMDR1,ΔMDR2}                           (9)式中,ΔMDR1,ΔMDR2为实数,且满足i.当ΔMDR≥δ时,

ii.当ΔMDR<δ时,

a.当ΔMDR<ek<δ时,

b.当ek>δ时,

(2)绝对吸引层(ΔAAL)

ΔAAL=max{ΔAAL1,ΔAAL2}                             (11)式中,ΔAAL1,ΔAAL2为实数,由下式确定,i.当ΔAAL≥δ时,

ii.当ΔAAL<δ时,

a.当ΔAAL<ek<δ时,

b.当ek>δ时,

(3)稳态误差带(ΔSSE)

ΔSSE=max{ΔSSE1,ΔSSE2}                             (13)式中,ΔSSE1,ΔSSE2为实数,由下式确定i.当ΔSSE≥δ时,

a.当δ≤ek<ΔSSE时,

i)若 时,

当 时,

当 时,

ii)若 时,

b.当0≤ek<δ时,

i)若 时,

ii)若 时,

ii.当ΔSSE<δ时,

i)若 时,

ii)若 时,

3.如权利要求1所述的采用扰动扩张补偿的电机位置离散重复控制方法,其特征在于:该控制器的可调整参数包括ρ,ε,δ;参数整定依据表征收敛过程的指标进行。

4.如权利要求1或2所述的采用扰动扩张补偿的电机位置离散重复控制方法,其特征在于:当参考信号满足rk=rk-1,该离散重复控制器也适用于常值调节问题,这时的等效扰动为dk=wk-wk-1;其中,rk-1为k-1时刻参考信号,wk-1为k-1时刻干扰信号;

式(31)也表示成

uk=uk-1+vk                            (32)其中

5.如权利要求1所述的采用扰动扩张补偿的电机位置离散重复控制方法,其特征在于:表征跟踪误差最终能在有限步数内收敛到一个较小的界值内,此界值定义为Δ(1),并在进入这个界值后,不再穿越该界值,此时收敛步数为m*;定义初始误差为e0,从初始误差收敛到边界δ*的步数为m1*,误差从δ*收敛到Δ(1)的步数为m2*:i.当e0≥δ*时,收敛步数m*为*

ii.当Δ(1)≤e0<δ*, 时,收敛步数m 为iii.当e0<Δ(1)时,收敛步数为m*=0。

6.如权利要求1所述的采用扰动扩张补偿的电机位置离散重复控制方法,其特征在于:该控制器中的扩张状态观测器对于等效扰动进行观测估计,能有效地消除周期扰动,第一周期的周期扰动也能很好地抑制,使得误差精度提高。