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专利号: 2020105039516
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种伺服电机驱动系统1/2幂次有限值吸引重复控制方法,其特征在于,所述控制方法包括以下步骤:

1)设定参考信号,其周期性满足r(k)=r(k‑N)                        (1)其中,r(k)和r(k‑N)分别表示k时刻和k‑N时刻的参考信号,N为参考信号的周期;

2)定义跟踪误差信号,

e(k)=r(k)‑y(k)                       (2)其中,e(k)表示k时刻的跟踪误差,y(k)表示k时刻系统输出;

3)给定连续吸引律

其中,可调参数ρ>0,η>0,e(t)表示连续跟踪误差信号,式(3)为1/2幂次有限时间吸引律,其右端函数取有限值,且调整时间函数为其中,e(0)表示跟踪误差初始值;

将式(3)离散化,构造离散吸引律其中,可调参数ρ>0,η>0,e(k)和e(k+1)分别表示k时刻和k+1时刻的跟踪误差;

4)构造等效扰动

d(k)=w(k)‑w(k‑N)                     (6)其中,d(k)表示k时刻的等效扰动信号,w(k)和w(k‑N)分别表示k和k‑N时刻的系统干扰信号,等效扰动和跟踪误差的关系式为其中,u(k)、u(k‑1)、u(k‑N)和u(k‑1‑N)分别表示k时刻、k‑1时刻、k‑N时刻和k‑1‑N时刻的控制输入,r(k+1)表示k+1时刻的参考信号,y(k‑1)、y(k+1‑N)、y(k‑N)和y(k‑1‑N)分别表示k‑1时刻、k+1‑N时刻、k‑N时刻和k‑1‑N时刻的系统输出,d(k+1)表示k+1时刻的等效扰动,a1,a2,b1和b2为如下伺服电机驱动系统的动态特性模型的参数,y(k+1)+a1y(k)+a2y(k‑1)=b1u(k)+b2u(k‑1)+w(k+1)           (8)其中,w(k+1)表示k+1时刻的扰动信号;

5)等效扰动估计

设计观测器对等效扰动进行估计,并以观测值补偿等效扰动,观测器的两个观测变量为 和 分别为e(k)和d(k)的估计,为此,构造如下观测器其中,β1是关于误差的观测器增益系数,β2是关于等效扰动的观测器增益系数,表示误差信号e(k+1)的估计, 表示等效扰动d(k+1)的估计, 为跟踪误差的估计误差,当k足够大时,为保证 和 分别收敛于e(k)和d(k),需配置参数β1,β2,使得矩阵 的所有特征值在单位圆内;

6)构造带干扰抑制作用的吸引律

7)重复控制器设计

依据带干扰抑制作用的吸引律,

其中,z(k)=r(k+1)+a1y(k)+a2y(k‑1)‑b2u(k‑1),由此,获得的重复控制器表达式为由上式获得k时刻伺服对象的控制信号u(k),其中,参考信号r(k)及r(k+1)由给定模块产生;利用测量得到的伺服系统输出信号y(k),计算出跟踪误差e(k);信号u(k‑1)、u(k‑1‑N)、u(k‑N)、y(k‑1)、y(k‑1‑N)、y(k+1‑N)、y(k‑N)由存储器模块给出。

2.如权利要求1所述的一种伺服电机驱动系统1/2幂次有限值吸引重复控制方法,其特征在于:在重复控制器设计完成之后,定义等效扰动界Δ,即 具体的控制器参数整定可依据表征系统收敛性能的指标进行,为表征跟踪误差收敛性能,引入的性能指标有单调减区域,绝对吸引层,稳态误差带和最大收敛步数;进一步地,引入吸引域的概念,用于刻画吸引律的收敛范围,当单调减区域,绝对吸引层和稳态误差带位于吸引域内时,相应的界值存在,定义如下:吸引域边界ΔAB:即吸引律满足的压缩条件;

单调减区域ΔMD:当e(k)大于此边界时,e(k)同号递减,即满足如下条件绝对吸引层ΔAA:当系统跟踪误差的绝对值|e(k)|大于此界时,其|e(k)|单调递减,即满足如下条件:

稳态误差带ΔSS: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:

最大收敛步数 跟踪误差最多经过 进入稳态误差带;

当等效干扰补偿误差满足 时,各指标的表达式如下:吸引域边界ΔAB

单调减区域ΔMD

2 2 2 2

式中,a1=‑1‑3ρη‑3ηΔ,a2=‑2‑9ρη+18ηΔ,绝对吸引层ΔAA

2 2 2 2

式中,b1=‑4‑6ρη‑6ηΔ,b2=‑16‑36ρη+72ηΔ,稳态误差带ΔSS

其中,ξ为 的根,xSS为 的正实根;

最大收敛步数

其中, 表示不小于·的正整数。

3.如权利要求1或2所述的一种伺服电机驱动系统1/2幂次有限值吸引重复控制方法,其特征在于:该控制器的可调整参数包括ρ和η;控制器参数整定依据表征系统收敛性能的指标进行。

4.如权利要求1或2所述的一种伺服电机驱动系统1/2幂次有限值吸引重复控制方法,其特征在于:当参考信号满足r(k)=r(k‑1),离散重复控制器也适用于常值调节问题,这时的等效扰动为d(k)=w(k)‑w(k‑1);其中,r(k‑1)表示k‑1时刻参考信号,w(k‑1)表示k‑1时刻干扰信号;则具有等效扰动补偿的反馈控制器为

5.如权利要求1或2所述的一种伺服电机驱动系统1/2幂次有限值吸引重复控制方法,其特征在于:该观测器的可调整参数包括β1和β2,当k足够大时,为保证 和 分别收敛于e(k)和d(k),需配置参数β1,β2,使得矩阵 的所有特征值在单位圆内。