[发明专利]基于反双曲正弦吸引律的离散双周期重复控制器

说明书

本发明公开了一种基于反双曲正弦吸引律的离散双周期重复控制器，给定环节产生周期对称的参考信号，构造周期反馈环节；根据不同周期的参考信号，分别基于反双曲正弦吸引律构造出理想误差动态；依据理想误差动态，构造e/v信号转换模块，其输出信号用于子重复控制器的修正量，并以并联方式组合成离散双周期重复控制器；继而计算出其输出信号作为伺服对象的输入，使伺服系统跟随参考信号变化。具体的控制器参数整定工作可依据不同周期干扰的幅值和表征系统跟踪误差收敛性能和稳态性能的指标进行，且给出了表征跟踪误差收敛性能和稳态性能的单调减区域、绝对吸引层和稳态误差带边界的表达式。本发明提供一种时域设计的、兼有快速抑制多周期干扰、动态品质良好、减少内存占用量以及高控制精度的基于反双曲正弦吸引律的离散双周期重复控制器。

技术领域

本发明涉及周期参考/干扰信号下的重复控制器，适用于工业控制中的离散重复控制方法。

背景技术

多年来，周期信号的跟踪和干扰抑制问题一直是众多学者关注的课题。现有的重复控制技术主要集中于基于内模原理的频域设计方法。内模原理的本质是将信号的产生多项式嵌入稳定的闭环系统中，内模输出就会对输入信号逐周期累加，完全抑制与其具有相同频率的周期性干扰，解决周期信号跟踪和干扰抑制问题。这种控制技术已经广泛应用于电机伺服系统、电力电子逆变器、硬盘/光盘伺服系统及其它重复运行过程。

工程实现时采用计算机控制技术，控制系统多是以离散时间方式实现。离散重复控制器设计主要有两种途径：一种是通过对连续重复控制器离散化得到；另一种是直接针对离散时间系统进行控制器设计。取采样周期T_s，使得参考信号周期为采样周期的整数倍，记每个周期中的采样点个数为N，即T＝NT_s。这样，离散周期信号内模为其所占用的内存单元数目至少为N。针对正弦信号的跟踪/抑制问题，只构造正弦内模便可达目的。现有的重复控制器设计大多在频域中进行的，且大多是单周期干扰抑制研究，但多周期干扰抑制研究却非常少。如果参考信号由多个周期的叠加而成，且参考信号的周期为子周期相乘或远大于子周期，例如周期为11s和13s叠加而成的参考信号，则参考信号的公共周期为11*13s＝143s，远大于11s和13s；若采用单周期重复控制器至少需要143/T_s个存储单元，而且重复控制器需要前一周期的历史数据，存在一个周期的控制时滞；因此，跟踪误差至少在一个控制周期(143s)后才开始收敛，会出现周期干扰抑制非常缓慢和内存占用量较多等现象；这类情况不宜采用常规的单周期重复控制方法设计控制器。

发明内容

为了克服已有单周期重复控制技术抑制多周期干扰缓慢、动态品质较差以及控制时滞过长等不足，本发明提供了一种快速抑制多周期干扰、动态品质良好以及高控制精度的基于反双曲正弦吸引律的离散双周期重复控制器，且设计过程在时域进行。采用这种双周期重复控制技术能够实现周期参考信号跟踪任务，同时快速消除多周期干扰，且大大减少内存占用量。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：

一种基于反双曲正弦吸引律的离散双周期重复控制器，所述控制方法包括以下步骤：

1)给定参考信号r_k是周期为M和N的两个不同周期信号叠加而成的，满足

其中，r_k为k时刻的给定参考信号，M和N分别表示一周期的采样点数，正整数且M≠N，为k，k-M时刻周期为M的参考信号，为k，k-N时刻周期为N的参考信号；定义跟踪误差e_k＝r_k-y_k；

2)依据参考信号的周期特性，分别构造如下不同周期的等效干扰：

其中，为k+1时刻周期为M的等效干扰信号，为k+1时刻周期为N的等效干扰信号；和分别为k+1，k+1-M时刻周期为M的干扰信号；和分别为k+1，k+1-N时刻周期为N的干扰信号；