[发明专利]基于改进型FDRC的周期性干扰抑制与信号跟踪方法

说明书

本发明公开了一种基于改进型有限维重复控制的周期性干扰抑制与信号跟踪方法，该方法包括如下步骤：首先设计经典控制器，保证在周期性干扰信号和参考信号作用下闭环系统稳定；然后设计改进型有限维重复控制器，并将其与原闭环控制器并联构成一种复合控制器，从而实现周期性干扰信号抑制与参考信号跟踪；最后根据系统函数相位范围选择收敛系数，并根据收敛系数设计补偿环节提高系统稳定裕度。本发明采用并联式有限维重复控制，减小了无穷多个极点引入对系统稳定性影响，同时克服了传统串联式有限维重复控制在非谐波频率段干扰信号放大、相位滞后而引起系统稳定性变差等问题；采用并联式结构，控制系统结构简单，参数易于调整。

技术领域

本发明属于周期性干扰抑制与信号跟踪领域，具体涉及一种改进型并联式有限维重复控制方法，用于对周期性干扰信号的抑制以及对周期性参考信号的跟踪。

背景技术

周期性信号常见于旋转机械系统、不间断电源、储能变流器中，如磁悬浮电机、机床、硬盘等中的位移信号，不间断电源和储能变流器的谐波电流信号。在实际系统中通常需要对周期性干扰信号进行抑制或者参考信号实现跟踪，目前常见的方法有迭代控制、自适应控制、陷波器、重复控制等。迭代控制算法自适应性和鲁棒性较差，对不确定性干扰敏感；自适应控制算法虽然不需要精确的数学模型，但很难实现对周期性干扰的完全补偿；陷波器这种方法设计容易，计算量小，但抑制能力十分有限。重复控制是目前使用较为广泛一种控制方法，它对于周期已知、幅值不确定、包含多种频率成分的周期性干扰能够进行有效地抑制，而且具有结构简单、计算量小、占用内存小等优点，但重复控制器的加入使得闭环系统引入了无穷多个虚极点，影响系统稳定性。为了改善闭环系统的稳定性，改进型重复控制在时滞环节前串联低通滤波器以滤除高频极点，因此重复控制控制周期性信号的效果、闭环系统的稳定性与低通滤波器密切相关。

根据周期性信号的频谱特点，周期性信号频谱主要集中于最初的几个较低次谐波频率。只需消除主要的低次谐波频率成分，就可实现高精度干扰抑制与参考信号跟踪。有限维重复控制(FDRC)具有有限个虚极点，减小了重复控制引入的无穷多个虚极点对系统的稳定性影响。传统的有限维重复通常采用串联的形式，并且将串联式有限维重复控制与原系统控制器串联，实现对周期性干扰信号抑制或参考信号跟踪。然而，串联式有限维重复控制在非谐波频率段存在干扰信号放大、相位滞后等问题，引起系统稳定性差、抑制或者跟踪精度差等问题。因此，需要改进有限维重复控制的形式，在保证闭环系统稳定性前提下实现高精度的周期性干扰抑制与信号跟踪。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，发明一种改进型有限维重复控制的方法实现周期性干扰抑制与信号跟踪，采用并联式有限维重复控制器与原闭环控制器并联的方式构成复合控制器，并根据根轨迹法设计控制器参数，在保证控制系统闭环稳定性的基础上实现对周期性干扰抑制与参考信号跟踪。

本发明解决上述的技术问题采用的技术方案是：

一种改进型有限维重复控制的方法，首先设计经典控制器保证原闭环系统稳定；然后设计改进型有限维重复控制器，并将其与原闭环控制器并联，构成一种复合控制器；最后根据系统函数相位范围选择收敛系数，并根据收敛系数合理设计补偿环节提高系统稳定性，实现高精度的周期性干扰抑制与参考信号跟踪。

本发明的具体步骤如下：

(1)经典闭环控制器设计，保证闭环系统基本稳定

设计经典闭环控制器G_c(s)，保证在周期性参考信号R(s)和干扰信号D(s)作用下闭环系统稳定，即闭环系统的所有特征根均在复平面的左半平面。

(2)改进型有限维重复控制器设计

改进型有限维重复控制器C_fd(s)将传统的串联形式有限维重复控制器改进为并联形式，其表达式为：