[发明专利]智能误差预测与前馈补偿的鲁棒高带宽控制方法及系统

说明书

本发明提供了一种智能误差预测与前馈补偿的鲁棒高带宽控制方法及系统，包括：将快刀伺服系统加工过程中的模型不确定性和外部干扰视作一个整体的集总扰动d(t)，进行估计和补偿；设计相应的双环高带宽控制器，应用正加速度‑速度‑位置反馈阻尼控制器；设计基于库普曼算子理论的在线智能误差预测与前馈补偿模块，进行在线参考轨迹修正；基于库普曼算子理论的数据驱动方法能够在线预测闭环系统的输出，通过将参考输入和预测得到的输出做差得到估计的跟踪误差，通过参考轨迹修正的方式在线实现前馈补偿。本发明通过采用设计扰动观测器的结构，解决了在快刀伺服加工过程中抵抗系统自身内部不确定性及外部干扰所共同组成的集总扰动的问题。

技术领域

本发明涉及误差预测的技术领域，具体地，涉及智能误差预测与前馈补偿的鲁棒高带宽控制方法及系统，尤其涉及一种基于库普曼算子理论的在线智能误差预测与前馈补偿的鲁棒高带宽控制方法。

背景技术

快刀伺服系统在超精密加工中有着广泛的应用，然而驱动器内部的迟滞非线性和机构的轻阻尼谐振特性严重影响了其控制精度和带宽，加工过程中的切削力等外部干扰进一步增加了控制中的挑战。

在公开号为CN106707766A的专利文献中公开了一种基于误差观测器的快反镜前馈控制方法，针对当前快反镜前馈控制存在的不足，利用CCD提供的视轴误差量和位置环控制器的输出量融合实现一个高增益的观测器，用以实现对目标位置的观测和估计，然后实现对目标位置的前馈控制，减少其CCD跟踪误差。

因此，需要提出一种新的技术方案以改善上述技术问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种智能误差预测与前馈补偿的鲁棒高带宽控制方法及系统。

根据本发明提供的一种智能误差预测与前馈补偿的鲁棒高带宽控制方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1：鲁棒扰动观测器将快刀伺服系统加工过程中系统内部的模型不确定性和外部干扰视作一个整体的集总扰动d(t)，进行估计和补偿；

步骤S2：设计相应的双环高带宽控制器，在内环中，应用正加速度-速度-位置反馈阻尼控制器；

步骤S3：设计基于库普曼算子理论的在线智能误差预测与前馈补偿模块，进行在线参考轨迹修正；

步骤S4：基于库普曼算子理论的数据驱动方法能够在线预测闭环系统的输出，通过将参考输入和预测得到的输出做差得到估计的跟踪误差，通过参考轨迹修正的方式在线实现前馈补偿。

优选地，所述步骤S1中的快刀伺服系统的驱动模式为压电驱动或者法应力电磁驱动，系统整体在拉普拉斯连续域中由以下三阶模型描述：

其中，a₃，a₂，a₁，a₀，b₂，b₁，b₀为系统模型的参数；该三阶系统为非最小相位系统，对该三阶系统进行微小的修正使其成为最小相位系统：

设计相应的低通滤波器Q(s)使得P_n^-1(s)Q(s)是物理上能够实现的，采用二阶低通滤波器：

其中τ为决定低通滤波器带宽的参数，对其进行调优以实现观测器扰动抑制性能和稳定性之间的折中；系统的集总扰动被估计为并使用控制的方法进行补偿。

优选地，所述步骤S2中正加速度-速度-位置反馈阻尼控制器的表达式为：