[发明专利]电机伺服系统的分段滤波迭代学习控制方法

摘要

电机伺服系统的分段滤波迭代学习控制方法，首先确定未引入零相位滤波器(即Q(z)＝1)时，学习律收敛频域范围0～fc0。接着进行初次、无迭代环节的参考轨迹跟踪，得到误差信号e0(t)，应用EMD算法将e0(t)分解为有限个数的内蕴模式函数，经Hilbert变换得出误差信号e0(t)的时频特性；进而将频率fc0作为分段参考频率；对误差信号e0(t)进行分段，区分出误差信号e0(t)瞬时频率高于fc0的时间段和低于fc0的时间段。然后根据e0(t)的Hilbert时频特性设计零相位滤波器的截止频率；在误差信号瞬时频率高于fc0的时间段内，滤波器的截止频率取fc＝fc0+1/2(fmax‑fc0)(其中fmax表示此段时间内的最高频率)；在其它的时间段，滤波器的截止频率取fc0；最后将所设计的分段零相位滤波器应用此后的迭代学习控制过程中。

主权项

电机伺服系统的分段滤波迭代学习控制方法，其特征在于：依据学习律收敛性条件和跟踪误差信号Hilbert时频特性，分段设计零相位滤波器的截止频率，通过分段滤波，避免迭代学习过程的不良学习瞬态，实现参考轨迹的精确跟踪；具体步骤如下：(1)确定未引入零相位滤波器，即Q(z)＝1时，学习律收敛频域范围0～fc0；根据迭代学习的学习律uk(z)＝c1ek(z)+c2Q(z)ek‑1(z)+uk‑1(z)其中：z为一复变量，k为迭代运行次数，uk(z)和uk‑1(z)分别表示第k次和第k‑1次运行时的控制量；ek(z)和ek‑1(z)分别表示第k次和第k‑1次运行时的跟踪误差；c1为位置控制增益,c2表示学习因子；Q(z)表示滤波器的z传递函数；可推导出误差信号递推关系ek(z)=1-c2Q(z)G(z)1+c1G(z)ek-1(z)]]>其中：G(z)表示转速闭环的电机伺服系统离散化模型；令误差信号递推算子γ(z)=1-c2Q(z)G(z)1+c1G(z)]]>取其中j为虚数单位，ω为角频率，Ts为采样周期，由的奈奎斯特图可得，当0<f<fc0时，其中f＝ω/2π，其中||·||为取范数；进而可知当迭代次数k→∞时，跟踪误差ek(z)→∞；因此可确定收敛频域范围为0～fc0；(2)进行初次、无迭代环节的参考轨迹跟踪控制，得到初次迭代误差信号e0(t)，其中t∈[0,T]，T为参考轨迹时域长度，应用经验模式分解算法将e0(t)分解为有限个数的内蕴模式函数，经Hilbert变换得出误差信号e0(t)的时频特性，进而将步骤(1)中确定的频率fc0作为分段参考频率；对误差信号e0(t)进行分段，区分出误差信号e0(t)瞬时频率高于fc0的时间段和低于fc0的时间段；(3)依据ILC收敛性条件和误差信号e0(t)的时频特性，以保证学习过程单调收敛、提高参考轨迹快速响应和跟踪精度为目标，分时间段设计零相位滤波器的截止频率；具体如下：在误差信号瞬时频率高于fc0的时间段内，滤波器的截止频率取fc＝fc0+1/2(fmax‑fc0)，其中fmax表示此段时间内的最高频率；在其它的时间段，滤波器的截止频率取fc0；在误差信号e0(t)的高频时段，适当提高滤波器截止频率，可增加系统带宽、提高跟踪精度；(4)将分段设计零相位滤波器应用于此后的迭代学习控制过程中。