1.一种适用于周期伺服系统的积分滑模重复控制器,其特征在于:滑模控制包括趋近运动方式和滑模运动方式,其中,趋近运动方式中,系统状态收敛轨迹由趋近律刻画,为使系统输出位置在有限时间收敛到参考信号的邻域内,构造如下离散趋近律:式中λ、μ和ε是趋近律正参数,满足λ>ε,用于调节趋近速度,(1)中包含线性和非线性部分,当|sk|较大时,收敛速度先快后慢,最后一步到达并保持为零;根据(1)有因此系统状态变化速率受趋近律参数限制,有利于约束控制器输出速度,符合实际系统惯性导致的有限输出速度;
1)当 时, 所以根据(1)得
也即
由(3)可以看出,切换变量sk同号单调收敛,令|Δsk|=|sk+1-sk|,则根据(2)有所以有以下递推关系所以当 时,
2)当 时, 根据(1)得sk+1=0;
所以趋近律(1)定义的切换函数从初始值s0开始动态同号单调收敛,且存在使满足k≥k*时,切换函数到达原点并保持;
设计如下位置伺服的数据采样系统状态空间:xk+1=Gxk+Huk+wk (6)其中,状态矩阵G为n×n维,输入矩阵H为n×m维,wk为kT时刻的有界扰动,(G,H)能控,所以存在状态反馈矩阵K,使得uk=-Kxk+vk,从而xk+1=(G-HK)xk+Hvk+wk (7)(7)中系统矩阵(G-HK)在z平面单位圆内有n个非重特征根;
滑模面切换函数sk+1=Cxk+1,将(7)代入切换函数并结合趋近律(1)解得常规滑模控制器其中 为不确定扰动项wk的估计;
取离散积分滑模切换函数
其中C:m×n,D=-C(G-I-HK),则滑模面为将(7)代入(9)并结合趋近律(1)得到解得积分滑模控制器
令伺服系统重复作业一周期内采样点数为N,则由上两式解得积分滑模重复控制器
其中 为相邻周期扰动变化量dk=wk-wk-N的估计。
2.如权利要求1所述的一种适用于周期伺服系统的积分滑模重复控制器,其特征在于:所述积分滑模重复控制器中,切换函数性能分析过程如下:将(13)代入(7)得到
将(15)代入(9)得
采样间隔T→0,记T的n阶等价无穷小为O(Tn),那么在连续系统离散化过程当中,根据泰勒级数展开有若一阶补偿扰动估计器,即取 且当k>k*时,有sk+1=C(dk-2dk-1+dk-2)=O(T3) (18)进一步,所述控制器的可调整参数包括λ、μ和ε,设扰动绝对值上界为Δ,则切换函数的稳态误差带ΔSS由下式确定,
3.如权利要求1或2所述的一种适用于周期伺服系统的积分滑模重复控制器,其特征在于:所述积分滑模重复控制器中,状态变量收敛性分析过程如下:由(9)得代入(15)得到取D=-C(G-I-HK),则(20)写为根据(7)有xk+1-N=(G-HK)xk-N+Hvk-N+wk-N,代入(21)得将(13)代入(22)得
由(9)得 所以
*
当k>k时,令 则
xk+1=(G-HK)xk+ξk (25)取一阶补偿扰动估计器 那么
即ξk=O(T3);
因为G-HK有n个极点,所以存在矩阵P和J,满足G-HK=PJP-1 (27)其中P是传输矩阵,J是与G-HK具有相同极点的对角矩阵,表示为其中λ1…λn是G-HK的n个特征值,那么根据递推关系,(25)的解为所以
(30)中λmax=max{|λ1|,|λ2|,…,|λn|},通过选取状态反馈矩阵,将系统极点配置在单位圆内 特定 位置 ,所以λm ax <1 且λm ax =O (T0) ,因此 ,当k →∞时