[发明专利]高增益无模型环路整形控制方法及系统

说明书

本发明提供了一种高增益无模型环路整形控制方法及系统，包括：基于基线跟踪控制器获得控制信号，控制信号以基于低通滤波器的正反馈方式引入接近于正无穷大的增益，并视为控制器的实际控制增益，重复触发执行直至控制环路渐近稳定。本发明通过采用将一个低通滤波器以正反馈方式巧妙的引入控制环路中的结构，在控制环路中引入超高增益，解决了运动控制系统高精度和强抗扰能力的轨迹跟踪问题。

技术领域

本发明涉及超精密运动控制技术领域，具体地，涉及高增益无模型环路整形控制方法及系统。

背景技术

精密运动装备在超精密加工与检测，机器人操作，工业自动化等领域应用广泛，系统的运动精度很大程度上取决于控制器的性能。经典的比例-积分-微分(PID)控制由于实现简单，鲁棒性强，在工业界得到了广泛的应用，极大的促进了工业自动化领域的发展。然而其能够实现的控制增益有限，因此不可避免地存在着一定的稳态误差。为了进一步提高控制精度，各种先进的控制方法被广泛研究。对于重复性的跟踪轨迹和系统扰动，重复控制可以实现近零跟踪误差，然而这种控制器对于非重复轨迹无法适用。迭代学习控制对任意参考轨迹均适用，然而对每一条轨迹，都需要经过几次迭代训练才能够实现精确的轨迹跟踪，操作复杂，浪费时间，且鲁棒性较差。为了适应工业自动化领域对于更高运动精度和抗扰能力的需求，亟需开发新的控制方法，以期能够通过一种简单的方式，实现对任意参考轨迹的高精度高鲁棒性跟踪。

专利文献CN101339405B(申请号：200810136916.4)公开了一种数字PID控制方法。采集后的信号分别进行比例运算、微分运算和积分运算后进行信号叠加，微分运算后的信号先进行低通滤波再进行信号叠加，积分运算后的信号一部分直接进行积分信号提取、另一部分先进行超低通滤波后再进行积分信号提取，积分提取后的信号在进行信号叠加。该专利并没有实质性减小经典PID控制器中的稳态误差。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高增益无模型环路整形控制方法及系统。

根据本发明提供的一种高增益无模型环路整形控制方法，包括：在基线跟踪控制器的基础上，将低通滤波器以正反馈方式引入控制环路实现高控制增益。

优选地，基于基线跟踪控制器获得初始控制信号，控制信号以基于低通滤波器的正反馈方式引入接近于正无穷大的增益获得实际控制增益，重复触发执行直至控制环路渐近稳定。

优选地，所述高增益无模型环路整形控制系统的传递函数包括：

其中，z表示控制系统在离散域内的算子；C(z)表示基线跟踪控制器；P(z)表示被控对象；Q(z)表示低通滤波器。

优选地，所述高增益无模型环路整形控制系统从输入到跟踪误差的灵敏度传递函数包括：

优选地，所述高增益无模型环路整形控制系统的渐近稳定条件包括：

其中，e表示自然对数；i表示复数的虚部；ω表示角频率；T_s表示采样周期。

优选地，所述低通滤波器采用一阶低通滤波器。

根据本发明提供的一种高增益无模型环路整形控制系统，包括：在基线跟踪控制器的基础上，将低通滤波器以正反馈方式引入控制环路实现高控制增益。

优选地，基于基线跟踪控制器获得初始控制信号，控制信号以基于低通滤波器的正反馈方式引入接近于正无穷大的增益获得实际控制增益，重复触发执行直至控制环路渐近稳定。

优选地，所述高增益无模型环路整形控制系统的传递函数包括：