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专利号: 2020105103847
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: 控制;调节
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:

1.一种伺服电机指定时间吸引的数字重复控制器设计方法,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

rk=rk-N                                     (1)其中,rk和rk-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,

ek=rk-yk                                    (2)其中,ek表示k时刻的跟踪误差,yk表示k时刻系统输出;

3)给定连续吸引律

其中,可调参数ρ>0,0<α<1,μ>0,e表示连续跟踪误差信号,式(3)为指定时间吸引律,收敛时间为其中,e0表示跟踪误差初始值,由式(4)能够发现,该吸引律的收敛时间存在上确界,即有固定时间Tmax(μ)满足将式(3)离散化,构造离散吸引律

其中,可调参数ρ>0,0<α<1,μ>0,ek+1表示k+1时刻的跟踪误差;

4)构造等效扰动

dk=wk-wk-N                                  (7)其中,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时刻的系统干扰信号,等效扰动和跟踪误差的关系式为ek+1=rk+1-yk+1=rk+1-yk+1-N+A′(q-1)(yk-yk-N)-q-d+1B(q-1)(uk-uk-N)-dk+1        (8)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满足如下伺服电机的动态特性模型

A(q-1)yk=q-dB(q-1)uk+wk                            (9)其中,uk和yk分别表示k时刻的输入和输出信号,dk+1表示k+1时刻的等效扰动;A(q-1)和B(q-1)为q-1的多项式,q-1是一步延迟算子,n表示A(q-1)的阶数,m表示B(q-1)的阶数,a1,…,an,b0,...,bm表示系统参数且b0≠0,n≥m;d表示延迟,且d≥1的整数;

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ek和dk的估计,为此,构造如下观测器其中,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,表示误差信号ek+1的估计, 表示等效扰动dk+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ek和dk,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,

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uk,其中,参考信号rk及rk+1由给定模块产生;利用测量得到的伺服系统输出信号yk,计算出跟踪误差ek;信号uk-N、yk+1-N、yk-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指定时间吸引的重复控制器设计方法,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,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ek大于此边界时,ek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|ek|大于此界时,其|ek|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

ΔMD=max{ΔMD1,ΔMD2}                             (18)其中,ΔMD1和ΔMD2均为正实数,且由式(19)确定;

绝对吸引层ΔAA

ΔAA=max{ΔAA1,ΔAA2}                              (20)其中,ΔAA1和ΔAA2均为正实数,且由式(21)确定;

稳态误差带ΔSS

ΔSS=max{ΔSS1,ΔSS2}                              (22)其中,ΔSS1和ΔSS2均为正实数,且由式(23)确定;

最大收敛步数

其中, 表示不小于·的最小整数。

3.如权利要求1或2所述的一种伺服电机的指定时间吸引律重复控制器设计方法,其特征在于:该控制器的可调参数参数包括ρ、α和μ;控制器参数整定依据表征收敛过程的指标进行。

4.如权利要求1或2所述的一种伺服电机的指定时间吸引律重复控制器设计方法,其特征在于:当参考信号满足rk=rk-1,该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dk=wk-wk-1,其中,rk-1表示k-1时刻的参考信号,wk-1表示k-1时刻的干扰信号;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的指定时间吸引律重复控制器设计方法,其特征在于:该观测器的可调参数包括β1和β2,当k足够大时,为保证 和 分别收敛于ek和dk,需配置参数β1,β2,使得矩阵 的所有特征值在单位圆内。