[发明专利]不确定重复控制系统协调设计方法及系统

说明书

本发明公开了不确定重复控制系统协调设计方法及系统，针对标称模型，基于跟踪控制要求设计状态反馈控制器；推导扰动估计与补偿控制的灵敏度函数，根据扰动抑制要求设计广义等价输入干扰估计器和状态估计器。然后，根据小增益定理考察闭环不确定系统的鲁棒稳定性，检验其扰动抑制性能。若性能不满足要求，则通过协调内环控制参数实现闭环控制系统的扰动抑制性能和鲁棒性能的折衷优化控制，最终实现基于扰动估计与补偿的不确定重复控制系统的参数协调设计。本发明提供的技术方案构造简单，充分考虑被控对象存在的未知扰动和动态不确定性，参数设计简单，便于实际运用，系统鲁棒性强，控制精度高。

技术领域

本发明涉及重复控制系统领域，更具体的说，涉及一种通过优化配置扰动抑制带宽和系统鲁棒性能的控制参数协调设计方法。

背景技术

工业过程中普遍存在执行周期性任务的控制系统，如负责搬运、焊接、装配等的机器人。重复控制是处理上述具有周期性控制任务的有效方法。但是，实际过程中不可避免的外界干扰和建模误差等严重影响重复控制系统的稳定性和控制品质。虽然二自由度控制系统能够提高控制系统抗干扰性能，但现有设计方法没有考虑系统未建模动态，且缺乏科学系统性的控制参数调节方法，这限制重复控制系统控制性能的提升，甚至可能导致系统不稳定。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种内外环控制参数的协调设计方法，通过协调配置内环抗干扰带宽和外环鲁棒性能，解决抗干扰性能和鲁棒性能的折衷控制难题，帮助工程师能够基于控制性能指标更系统有效地整定控制参数，使重复控制系统即使在存在动态建模误差的情况下，拥有更优的鲁棒性能和抗干扰能力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种内外环控制参数的协调设计方法，包含以下步骤：

S1、对控制系统进行参数辨识，获得含动态不确定性信息的系统模型；

S2、基于S1的系统模型，建立基于扰动估计与补偿的动态不确定重复控制系统控制结构框图；

S3、基于S2建立的标称控制系统，设置状态反馈控制器、状态观测器和广义等价输入干扰估计器；

S4、基于S3设计的控制器，结合控制性能要求，检查重复控制系统的鲁棒稳定性和抗干扰性能，若闭环系统抗干扰性能不满足控制要求，通过参数协调设计算法实现抗干扰性能和鲁棒性能的折衷优化控制。

步骤S1中，在不同条件下对被控系统进行辨识实验，以获得辨识模型；选定标称模型，计算所有辨识模型与标称模型之差的增益并绘图，获得加权函数；最终获得含动态不确定性的被控系统模型为：

其中，s为拉普拉斯算子；G_p(s)为被控系统的实际传递函数；W_Δ(s)为被控系统的乘性不确定性；W_Δ(s)为被控系统的乘性不确定性；G_n(s)表示被控系统的标称数学模型；W(s)是描述乘性不确定性大小的加权函数，它是稳定的有理函数；Δ(s)是满足||Δ||_∞≤1的有理函数集合；z(s)和w(s)分别表示乘性不确定性的输入信号和输出信号。

假设G_n(s)的状态空间方程为：

其中，x_n(t)为标称系统的状态变量，是状态变量对时间的一阶导数，u(t),y_n(t)为标称系统的输入和输出，A,B,C是系统参数，d(t)是外界干扰。

实际系统的输出为：

y(t)＝z(t)+w(t),z(t)＝y_n(t) (3)

进一步地，在本发明的不确定重复控制系统协调设计方法中，步骤S2具体包括：