1.一种周期伺服系统幂次吸引重复控制的等效扰动补偿方法,被控对象为周期伺服系统,其特征在于,所述方法包括以下步骤:步骤1.给定周期参考信号,满足
rk=rk-N (1)其中,N为参考信号的周期,rk和rk-N分别表示k时刻和k-N时刻的参考信号;
步骤2.定义跟踪误差
ek+1=rk+1-yk+1=rk+1-yk+1-N+A1(q-1)(yk-yk-N)-q-d+1B(q-1)(uk-uk-N)-wk+1+wk+1-N (2)式中,满足
A(q-1)yk=q-dB(q-1)uk+wk (3)其中,ek+1表示k+1时刻的跟踪误差,rk+1表示k+1时刻的参考信号,yk+1、yk、yk+1-N和yk-N分别表示k+1、k、k+1-N和k-N时刻的输出信号,uk和uk-N分别表示k和k-N时刻的输入信号,wk+1和wk+1-N分别表示k和k-N时刻的干扰信号,d表示延迟,A(q-1)和B(q-1)为q-1的多项式,q-1表示一步延迟算子,na表示A(q-1)的阶数,nb表示B(q-1)的阶数, 为系统参数且b0≠0,na≥nb,d为整数,且d≥1;
步骤3.构造等效扰动
dk=wk-wk-N (4)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和wk-N分别表示k时刻和k-N时刻的干扰信号;
利用(4)将跟踪误差表达为
ek+1=rk+1-yk+1=rk+1-yk+1-N+A1(q-1)(yk-yk-N)-q-d+1B(q-1)(uk-uk-N)-dk+1 (5)其中,dk+1表示k+1时刻的等效扰动;
步骤4.设计观测器,估计等效扰动,过程如下:设计观测器对等效扰动dk+1进行观测,并以观测值补偿等效扰动,观测器的两个观测变量为 和 分别用于估计ek和dk,根据误差动态(式(5)),设计如下形式的观测器其中, 表示对误差ek+1的估计, 表示对误差ek的估计, 表示等效扰动,β1表示关于误差的观测器增益系数,β2表示关于等效扰动的观测器增益系数, 表示跟踪误差的估计误差;
等效扰动的估计误差 为
跟踪误差的估计误差为
将式(7)和式(8)写成
记 其特征方程为:
|λI-B|=0 (10)即
λ2+(β1-β2-1)λ-β1=0 (11)因此,特征根为 对β1和β2的参数进行配置,使得所有特征根都在单位圆内;
步骤5.构造具有扰动抑制措施的幂次吸引律其中,ρ和ε均为可调参数, 表示吸引指数(取 并在之后给出相对应的各项指标具体表达式),且0<ρ<1,ε>0,步骤6.构造具有等效扰动补偿的重复控制器,过程如下:结合式(5)和式(12),设计具有等效扰动补偿的重复控制器记
将重复控制器表达为
uk=uk-N+vk (14)将uk作为伺服对象的控制器输入信号,测量获得伺服系统输出信号yk,跟随参考信号rk变化。
2.如权利要求1所述的周期伺服系统幂次吸引重复控制的等效扰动补偿方法,其特征在于:所述离散重复控制器的参数包括趋近速度指数ρ,到达速度ε,吸引指数 根据表征系统收敛性能的指标进行参数整定;引入表征系统收敛性能指标有稳态误差带ΔSSE、绝对吸引层ΔAAL、单调减区域ΔMDR以及跟踪误差首次进入稳态误差带所需最多步数 概念,定义如下:
1)单调减区域ΔMDR:当ek大于此边界时,ek同号递减,即满足如下条件:
2)绝对吸引层ΔAAL:当系统跟踪误差的绝对值|ek|大于此界时,其|ek|单调递减,即满足如下条件:
3)稳态误差带ΔSSE:当系统误差一旦收敛进入该边界,那么误差就会稳定在此区域内,即满足如下条件:
4)最大收敛步数 跟踪误差最多经过 步进入稳态误差带;
等效扰动补偿误差满足 时,各指标的表达式如下单调减区域ΔMDR
ΔMDR=max{ΔMDR1,ΔMDR2} (19)其中,ΔMDR1和ΔMDR2均为实数,且由式(18)确定;
绝对吸引层ΔAAL
ΔAAL=max{ΔAAL1,ΔAAL2} (21)其中,ΔAAL1和ΔAAL2均为实数,且由式(20)确定;
稳态误差带ΔSSE
其中,xSSE为方程 的正实根;
另外,在给出ΔSSE后,跟踪误差进入稳态误差带的最大步数其中,e0为跟踪误差初始值; 表示不小于·的最小整数;
对于给定的 值,依据式(18)-(23)式计算各边界值,以确定闭环系统性能,依据相应方程组,不难确定ΔMDR和ΔAAL的取值应为相应方程组的最大正实根,确定ΔAAL取值后,在依据ΔAAL确定ΔSSE。
3.如权利要求2所述的周期伺服系统幂次吸引重复控制的等效扰动补偿方法,其特征在于,对于 和 两种情形,依据给出的单调减区域ΔMDR、绝对吸引层ΔAAL、稳态误差带ΔSSE以及最大收敛步数 表达式确定相应的计算公式;
情形:
1)单调减区域ΔMDR
式中,
2)绝对吸引层ΔAAL
式中,
3)稳态误差带ΔSSE
其中,xSSE为方程 的正实根;
4)收敛步数
其中,e0为跟踪误差初始值, 表示不小于·的最小整数;
情形:
1)单调减区域ΔMDR
式中,
式中,
2)绝对吸引层ΔAAL
式中,
3)稳态误差带ΔSSE
其中,xSSE为方程 的正实根;
4)收敛步数
其中,e0为跟踪误差初始值, 表示不小于·的最小整数。