[发明专利]基于椭圆吸引律和等效扰动扩张状态补偿的用于电机伺服系统的离散重复控制方法

摘要

一种基于椭圆吸引律和等效扰动扩张状态补偿的用于电机伺服系统的离散重复控制方法，给定环节产生周期对称的参考信号；构造周期反馈环节；依据离散时间椭圆吸引律,该吸引律引入等效扰动补偿，其补偿量由扰动扩张观测器给出，构造e/v信号转换模块，其输出信号用于重复控制器的修正量；继而计算出重复控制器的输出信号作为被控对象的控制信号输入。给出了控制器参数的取值对系统跟踪误差收敛过程的影响。具体的控制器参数整定可依据表征系统收敛性能指标进行，且提供了表征跟踪误差收敛过程的单调减区域、绝对吸引层和稳态误差带边界的计算方法。本发明具有快速收敛性能、加速干扰抑制和高控制精度。

主权项

一种基于椭圆吸引律和等效扰动扩张状态补偿的用于电机伺服系统的离散重复控制方法，被控对象为周期伺服系统，其特征在于：包括以下步骤：1)给定周期参考信号rk，满足rk＝±rk‑N   (1)其中，N为参考信号的周期，rk,rk‑N分别表示k,k‑N时刻的参考信号；2)构造等效扰动其中，N为参考信号的周期，dk表示k时刻的等效扰动信号，wk,wk‑N分别表示k,k‑N时刻的干扰信号；3)构造离散时间椭圆吸引律ek+1＝(1‑ρ)ek‑ε|ek|λfal_ellipse(ek,δ)   (3)其中，其中，ek＝rk‑yk表示k时刻跟踪误差，yk为k时刻系统输出；ρ、ε、λ为可调整参数，δ为定义的椭圆函数分段边界系数，其取值范围满足ε＞0,0＜ρ＜1，δ＞0，且4)构造具有干扰抑制项的误差动态方程将干扰抑制措施嵌入吸引律(3)，构造如下理想误差动态：ek+1＝(1‑ρ)ek‑ε|ek|λfal_ellipse(ek,δ)‑dk+1   (4)其中，dk+1表示k+1时刻的等效扰动；5)依据理想误差动态式(4)，构造具有等效扰动扩张补偿的重复控制器带有扩张状态观测器的误差动态方程为：其中，表示k+1时刻的等效扰动的观测值；构建的扩张状态观测器为：其中，为对误差ek+1的估计，为对误差ek的估计，β1为关于误差的观测器增益系数，β2为关于等效扰动的观测器增益系数，rk+1表示k+1时刻的参考信号，yk+1‑N,yk,yk‑N分别表示k+1‑N,k,k‑N时刻的系统输出，uk,uk‑N分别表示k,k‑N时刻的控制器输入；式中，A′(q‑1)＝a1+a2q‑1+…+anq‑n+1＝q(A(q‑1)‑1)A(q‑1)＝1+a1q‑1+…+anq‑nB(q‑1)＝b0+b1q‑1+…+bmq‑m满足伺服对象A(q‑1)yk＝q‑dB(q‑1)uk+wk   (7)其中，d表示延迟，uk和yk分别表示k时刻的输入和输出信号，wk为k时刻的干扰信号；A(q‑1)和B(q‑1)为q‑1的多项式，q‑1是一步延迟算子，n为A(q‑1)的阶数，m为B(q‑1)的阶数；a1,...,an,b0,...,bm为系统参数且b0≠0,n≥m；d为整数，且d≥1；具有等效扰动扩张补偿的重复控制器为：重复控制器(8)也可表达成uk＝±uk‑N+vk   (9)其中，将uk作为伺服对象的控制器输入，可量测获得伺服系统输出信号yk，跟随参考信号rk变化。