[发明专利]一种基于自抗扰控制器的网络化多轴运动位置同步控制方法

摘要

一种基于自抗扰控制器的网络化多轴运动位置同步控制方法，该方法首先针对各单轴伺服系统将时延引起的不确定性处理为系统总和扰动的一部分，进而设计线性扩张状态观测器，对其进行估计。其次，建立同步误差模型，进而设计具有扰动补偿功能的PD型位置同步控制器，在实现系统具有良好的单轴跟踪控制性能的同时，实现良好的位置同步控制性能。本发明在能有效处理时变时延对网路化多轴运动位置同步控制系统影响的同时，保证系统具有良好抗干扰性能和鲁棒性能。

主权项

一种基于自抗扰控制器的网络化多轴运动位置同步控制方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤1)在网络诱导时延小于一个采样周期的情况下，建立含有时变网络诱导时延的单轴伺服控制系统模型，将网络化单轴伺服控制系统建模为一个具有一步输入时滞的离散时间线性时变系统，进而将时变时延引起的系统不确定动态处理为系统的总和扰动的一部分，包括以下过程：1.1)建立多轴伺服系统状态空间模型：根据多轴运动控制系统的动态特性，得在速度模式下第i(i＝1,…,n)轴伺服系统的状态空间模型为x·i1(t)=xi2(t)x·i2(t)=-aixi2(t)+biui(t)+wi(t)yi(t)=xi1(t)---(1)]]>其中，xi1(t)和xi2(t)分别表示第i轴伺服系统的位置量和速度量，为第i轴伺服系统控制输入，即速度设定值，为第i轴伺服系统未知且有界的干扰量，为第i轴伺服系统输出值即位置量，ai、bi为第i轴伺服系统的模型定常系数；1.2)建立时变网络诱导时延影响下的单轴伺服控制系统模型：数据包在网络传输过程中存在网络诱导时延，用表示第i轴传感器至控制器通道的时延，表示第i轴控制器至执行器通道的时延，则在系统采样时刻tk存在未知的时变网络诱导时延，记为由于传感器节点采用时间驱动，控制器节点和执行器节点均为事件驱动，网络时延均小于一个采样周期T，则在任一采样周期(tk,tk+1]内，作用在执行器的控制输入由两部分构成，一部分是由上一控制周期计算得到的控制输入ui(k‑1)，另一部分是当前控制周期计算得到的控制输入ui(k)，形式表示如下：ui(t)=ui(k-1),t∈(tk,tk+τki]ui(k),t∈(tk+τki,tk+1]---(2)]]>因此，根据式(1)和(2)，以采样周期T离散化后的单轴伺服控制系统模型为：xi1(k+1)=xi1(k)+Txi2(k)xi2(k+1)=e-aiTxi2(k)-1ai(e-ai(T-τki)-1)(biui(k)-wi(k))-1ai(e-aiT-e-ai(T-τki))(biui(k-1)-wi(k-1))---(3)]]>将用1‑aiT近似后，将式(3)化为：xi1(k+1)=xi1(k)+Txi2(k)xi2(k+1)=xi2(k)+T[-aixi2(k)-1aiT(e-ai(T-τki)-1)(biui(k)-wi(k))-1aiT(e-aiT-e-ai(T-τki))(biui(k-1)-wi(k-1))]---(4)]]>将式(4)中由时变时延引起的时变动态和系统干扰视为系统总和扰动，用一个新的变量xi3(k)表示，即xi3(k)=-aixi2(k)-biaiTe-ai(T-τki)ui(k)+1aiT(e-ai(T-τki)-1)wi(k)-1aiT(e-aiT-e-ai(T-τki))(biui(k-1)-wi(k-1))]]>并令由此将由式(4)表示的网络化单轴伺服控制系统模型扩张成如下的三阶系统模型：xi1(k+1)=xi1(k)+Txi2(k)xi2(k+1)=xi2(k)+T(xi3(k)+biaiTui(k))xi3(k+1)=xi3(k)+Tdi(k)---(5)]]>其中，xi1(k+1)、xi2(k+1)、xi3(k+1)分别表示第i轴伺服系统位置输出xi1(k)、电机速度xi2(k)、新扩张状态量xi3(k)在第k+1个采样时刻的值；步骤2)建立网络化多轴运动位置同步耦合误差模型；步骤3)设计基于线性自抗扰控制的同步控制器，实现网络化多轴运动位置同步控制。