[发明专利]基于虚拟位置域重复控制器的控制方法

说明书

技术领域

本发明属于工业控制的重复控制设备领域，特别涉及基于虚拟位置域重复控制器的控制方法。

背景技术

位置周期干扰(位置周期指令)是机械加工设备中普遍存在的一种干扰(指令)，例如，电机(直线电机)的力矩(推力)波动、机械传动链中的偏心以及机器人手臂旋转过程中的惯量波动等均会引入位置周期干扰，而在凸轮加工过程中，进给轴的进给量需要根据主轴的旋转角度而给定，即跟踪位置周期变化的指令。一般而言，周期位置干扰(指令)会产生周期性的运动偏差，从而降低系统的性能。研究抑制(跟踪)位置周期干扰(指令)的控制方法有助于提高系统的性能。

迭代学习控制是一种能够完全抑制(跟踪)周期干扰(指令)的控制方法【Steams H，Mishra S，Tomizuka M.Iterative tuning offeedforward controller with force ripple compensation for waferstage[M].2008：239.】，但是，由于迭代学习方法的学习过程要求严格的初始条件和运动过程，这限制了迭代学习的应用范围。重复控制也是利用历史误差数据，实现抑制(跟踪)干扰(指令)的控制方法，但相对于迭代学习，重复控制器学习过程是一种闭环学习过程，不需要严格的初始条件。重复控制器是根据内模原理而设计的，理论上可以完全抑制(跟踪)周期干扰(指令)【中野道雄等.重复控制(中文译本)[M].长沙：中南工业大学出版社，1994】。但是，重复控制器的设计过程是基于干扰信号有固定时间周期而设计的，而在很多机械设备中，位置周期干扰(指令)的时间周期是随着设备运行速度变化而变化的，对于时常需要调速的设备，重复控制器不能够直接应用于抑制(跟踪)其位置周期干扰(指令)。

针对上述问题，一些学者提出在“位置域”设计重复控制器可以有效抑制(跟踪)位置周期变化的干扰(指令)【Tsu-Chin T，Kin-CheokP. Spindle Speed Regulation And Tracking In Interrupted Cutting[Z].1992；Nakano M，She J H，Mastuo Y，et al.Elimination ofposition-dependent disturbances in constant-speed-rotation controlsystems[J].CONTROL ENGINEERING PRACTICE.1996，4(9)：1241-1248.】。在“位置域”设计重复控制器需首先将时域的模型转换为“位置域”模型。这种转换最大的优势是：随着位置周期变化的干扰(指令)的时间周期就是恒定的了(注意，此时周期变为了位置量)，理论上通过重复控制器可以完全抑制(跟踪)干扰(指令)。

这种位置域设计重复控制器的方法实际应用中存在着一个重要的问题：重复控制器可能仅是用来抑制(跟踪)周期性的干扰(指令)，还需其它控制器以保证系统的稳定性和鲁棒性，这些控制器可以采用传统的时域采样控制器，这是位置域设计重复控制器没有考虑的问题。

发明内容

本发明针对上述问题，公开了基于虚拟位置域重复控制器的控制方法，所述控制器由时域控制器1、第一定时间采样开关2、定位置采样开关3、重复控制器4、存储器5、插值器6、第二定时间采样开关7和执行部件8组成，其中，重复控制器4、存储器5和定位置采样开关3构成虚拟位置域重复控制器9，该控制器的控制过程如下：

1)在系统输入端，根据系统输入指令r和反馈信号y得到误差信号e；

2)每隔一个固定的位置Δθ，定位置采样开关3闭合，重复控制器4根据输入的误差信号e计算得出输出值ur，并将输出值ur保存在存储器5里；

3)每隔固定时间周期T_S，第一定时间采样开关2和第二定时间采样开关7闭合，根据存储器5保存的输出值ur，由插值器6估计得出补偿值ep，将ep和误差信号e相加得到时域控制器1的总输入ec；时域控制器1根据总输入ec计算输出u，u即为执行部件8输入值；

4)执行部件8输出反馈信号y；

5)将反馈信号y返回到系统输入端，同时将反馈信号y返回到插值器6。

所述第一定时间采样开关2和第二定时间采样开关7由主微处理器13控制，所述定位置采样开关3由辅助微处理器15控制。

所述第一定时间采样开关2和第二定时间采样开关7由多核微处理器17中的主计算内核20控制，所述定位置采样开关3由多核微处理器17中的辅助计算内核18控制。