[发明专利]有限值幂次吸引重复控制器设计方法

说明书

一种有限值幂次吸引重复控制器设计方法，给定模块产生周期性的参考信号，构造周期反馈环节；在一种有限值幂次吸引律中引入等效扰动补偿，利用干扰观测器对等效扰动进行估计；构建理想误差动态(带干扰抑制作用的吸引律)，并依据理想误差动态设计控制器，将当前计算得到的信号作为伺服系统的输入；具体的控制器参数整定依据表征系统收敛性能指标进行，且给出了表征跟踪误差收敛过程的吸引域边界、单调减区域、绝对吸引层、稳态误差带和最大收敛步数的计算公式。本发明提供的有限值幂次吸引重复控制器，能够实现对干扰信号周期成分的完全抑制，并且抑制其非周期成分的影响。

技术领域

本发明涉及一种基于扰动补偿的有限值幂次吸引重复控制器设计方法，可用于伺服电机驱动系统重复控制，也适用于其它周期运行工业过程。

背景技术

实际工业场合存在大量跟踪周期参考信号下的控制系统，例如执行重复任务的伺服电机驱动系统。重复控制器具有“记忆”和“学习”特性，可实现周期参考信号轨迹跟踪以及对周期干扰有效抑制。其存储前一周期控制信号，由此时的误差修正前一周期的控制，构成当前的输入控制。重复控制的机理就是将给定信号的模型作为机理内模，构造在控制系统内，实现对参考信号跟踪静差为零，从而实现高精度的轨迹跟踪。依据内模原理设计重复控制器，需要构造一个周期T的周期参考内模它可由前向通道传函为周期时延(e^-Ts)环节的单位正反馈回路实现。不需考虑周期参考信号的具体形式，只要给定初始段信号，内模模块就会对输入信号逐周期累加，重复输出与上周期相同的信号。

吸引律方法提供了一种直接利用跟踪误差、且使得跟踪误差按预定吸引方式收敛的控制系统设计方法，以解决不确定系统精确轨迹跟踪控制问题。控制器设计更为直接、简洁。从已发表文献看，现有的有限时间收敛的吸引律形式并不多，发掘新颖的吸引律形式对于不断改进收敛性能、逐渐丰富这种方法是十分重要的。常规吸引律能反映误差衰减特性，但独立于系统特性，未考虑系统不确定性。因此，直接依据常规吸引律设计控制器往往无法实现。解决的办法是将干扰抑制措施“嵌入”原吸引律，构建具有扰动补偿的理想误差动态，并依据构造的理性误差动态设计控制器。这样，闭环系统动态过程由理想误差动态所决定，具有其所表征的期望跟踪性能。通过离散化连续吸引律，可形成数字控制器设计的具体方法。经由误差性能分析，给出刻画跟踪误差瞬态和稳态行为的性能指标，有下述具体指标：吸引域、单调减区域、绝对吸引层、稳态误差带以及最大收敛步数。实际上，该五个指标的具体取值依赖于控制器参数，控制器参数不同，指标取值也不同。这样，一旦给定理想误差动态形式，可预先给出五个指标具体表达式，用于控制器参数整定。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种适用于伺服电机驱动系统的采用等效扰动补偿的有限值吸引重复控制器设计方法，为使得闭环系统具有预先设定的期望误差跟踪性能，且能有效抑制抖振，提出一种右端函数取有限值的幂次有限值吸引律，并依据由该吸引律构造的理想误差动态方程设计电机伺服重复控制器。在实现对周期干扰成分完全抑制的同时，又考虑到扰动中存在非周期成分，在闭环系统中引入等效扰动观测器，用于补偿非周期性干扰，以提高控制性能，使得伺服系统实现高速、高精度跟踪。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：

一种有限值幂次吸引重复控制器设计方法，所述方法包括以下步骤：

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