[发明专利]基于鲁棒广义预测控制的光电转台位置跟踪控制方法

说明书

基于鲁棒广义预测控制的光电转台位置跟踪控制方法，涉及永磁同步电机跟踪控制技术，提供一种基于鲁棒广义预测控制的光电转台位置跟踪控制方法，简化复杂联级控制结构，提高动态响应性能，同时使系统在受到参数变化和外部扰动时能够保证良好控制效果的位置跟踪方法。本发明所述的跟踪控制方法对比传统的联级位置、速度控制器，通过广义预测控制器被整体应用到位置跟踪和速度跟踪环节中，来简化联级位置、速度跟踪控制器结构，并获得更快的动态响应，同时调节参数少，便于工程实现和在线调整简单等优点。另外，扰动补偿器的应用可以在保证机械环预测控制器结构简单和快速响应不变的情况下，提高系统的鲁棒性和抗扰动性。

技术领域

本发明涉及本发明涉及永磁同步电机跟踪控制技术，具体涉及一种基于鲁棒广义预测控制的光电转台位置跟踪控制方法。

背景技术

广义预测控制是一种广泛应用于电机运动控制系统的先进控制方法，它有着动态响应快速，设计原理简单和易于实现等优点。同时，永磁同步电机因其结构简单紧凑、功率密度高以及可控性好等优点，在电动汽车驱动、高精度数控机床、工业机器人等不同的领域得到了大量推广，尤其在光电伺服转台领域，由于永磁同步电机简单的机械结构，较高的功率密度和良好的驱动性能，在该领域得到了广泛应用。但是，考虑到系统在实际工作环境下，永磁同步电机驱动系统是一个非线性、强耦合的多变量系统，当控制系统遭受到外界负载扰动或者受到由于参数失配和摄动引起的扰动，传统的PI控制方法不能良好的满足实际工程的要求。尤其是在，使用永磁同步电机驱动的光电转台位置跟踪系统中，传统的位置跟踪控制方法需要位置环控制器、速度环控制器、电流环控制器三环联级控制结构组成。三环联级控制系统的设计依赖系统的传递函数，其参数设计直接影响系统的控制结构，并且在实际工程中，各环结构的设计串联在一起，其设计分析需要一定的经验，其具体实现会受到系统时变扰动因素的影响，参数不易调整。

为了解决以上问题，一种结构简单的鲁棒的广义预测控制方法被引入到位置环和速度环跟踪控制中来，其基本原理是利用系统的输入输出数据，通过计算和预报被控状态的预测值，然后通过选择一个优化准则方程，来求解出最优控制量，以达到良好控制性能。另一方面考虑，预测控制器被整体应用到位置跟踪和速度跟踪环节中，这种将位置控制器和转速控制器统一到一个控制环中(这里定义为机械环)的设计能够实现更快的动态响应能力,并且它结构更为简单，参数调节参数少。

同时，由于控制器中未含有系统扰动变量,包括系统参数变化、负载突变扰动，这些系统扰动会影响控制器的控制效果。为了克服上述扰动对控制效果造成影响，目前，一种方法的通过引入被控变量误差的积分控制，来消除系统扰动可能造成的系统稳态误差。然而，这种全局性的积分器其实质是改变了原预测控制器的结构，在消除静差的同时，造成系统动态性能的改变，尤其是在跟踪变化指令时，积分器结构会引起系统的超调，降低了系统的动态性能。

因此，为了提高预测控制器的鲁棒性和抗扰动能力，同时保持机械单环预测控制器的简单结构和快速动态响应性能，一种非线性扰动补偿器被用来在线估计系统扰动变量，并将扰动变量的估计值通过前馈结构，对扰动进行实时补偿。尤其是在观测姿态不断变化，工作环境变化较大，容易受到外部扰动的光电转台系统，利用广义预测控制方法设计的机械环预测控制器，来简化位置、速度跟踪控制结构，获得更快的动态响应，同时利用鲁棒扰动补偿器保证系统的鲁棒性和抗扰动性具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于鲁棒广义预测控制的光电转台位置跟踪控制方法，简化复杂联级控制结构，提高动态响应性能，同时使系统在受到参数变化和外部扰动时能够保证良好控制效果的位置跟踪方法。尤其是针对观测姿态不断变化，工作环境变化较大，容易受到外部扰动的光电转台系统。

基于鲁棒广义预测控制的光电转台位置跟踪控制方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、将永磁同步电机驱动的光电转台运动控制系统分为机械环单元、电流环及坐标变换单元和扰动补偿单元；