适用于周期伺服系统的积分滑模重复控制器技术方案

一种适用于周期伺服系统的积分滑模重复控制器，滑模控制包括趋近运动方式和滑模运动方式，趋近运动方式中，系统状态收敛轨迹由趋近律刻画，为使系统输出位置在有限时间收敛到参考信号的邻域内，构造离散趋近律(1)，设计位置伺服的数据采样系统状态空间(6)，构造无抖振趋近律用于积分滑模重复控制器。本发明专利技术提供一种稳态跟踪误差较小、位置跟踪精度较高的适用于周期伺服系统的积分滑模重复控制器。根据周期性作业电机伺服系统的重复运行特性，利用周期性扰动分量的已有信息，以实现精确的位置跟踪。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及重复控制和滑模控制技术，尤其适用于周期性作业的电机伺服系统，也适用于工业场合中其它周期运行过程。
技术介绍
实际控制系统中不可避免地存在各种扰动，包括参数的摄动、未建模特性和外部扰动等，称为不确定系统。滑模控制具有对干扰和未建模特性的强鲁棒性，且算法简单，响应速度快，适合解决不确定系统的控制问题，目前已成为电机控制等领域的常用的控制技术。滑模控制的优良性能需要通过合适的滑模面来实现。常规滑模控制通常选择一个线性滑模面，系统进入滑动模态后，误差逐步收敛到平衡点。而对于不确定系统，常规滑模控制在跟踪指令信号时，稳态误差带宽受扰动影响较大，甚至难以达到要求。为此，Chern等通过引入积分项构成积分滑模面来补偿系统的不确定性、增强鲁棒性。积分滑模由于在系统中引入了状态的积分，使得系统在滑动模态时的阶数增加，可以保证状态变量从初始时刻到最终时刻都具有鲁棒性，并让不确定系统稳定到渐近线且同时具有一定范围内的抗扰作用。在影响系统性能的众多扰动中，往往包含部分信息已知的扰动分量。比如伺服电机系统普遍具有的周期运行、重复作业特性，存在部分具有相同动态的扰动分量。滑模变结构控制对扰动的不敏感性来自于系统结构根据当前状态的实时调整，并未考虑扰动中的已知信息。重复控制将系统外部信号动态模型植入控制系统内，构成高精度反馈控制系统，使得系统不仅适用于跟踪周期性输入信号，也可以抑制周期性扰动。然而，对于周期性作业电机伺服系统中的非周期不确定项，重复控制缺少有效抑制措施。因此，合适的扰动估计及补偿措施不可或缺。在采样控制系统中，数字控制器的性能与采样间隔有着密切关系。为抑制扰动，需要观测若干相近采样点的扰动信息，所以采样间隔对于扰动估计及补偿效果亦有着紧密联系。
技术实现思路
为了克服已有周期性作业电机伺服系统的稳态跟踪误差较大、位置跟踪精度较差的不足，本专利技术提供一种稳态跟踪误差较小、位置跟踪精度较高的适用于周期伺服系统的积分滑模重复控制器。根据周期性作业电机伺服系统的重复运行特性，利用周期性扰动分量的已有信息，以实现精确的位置跟踪。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适用于周期伺服系统的积分滑模重复控制器，滑模控制包括趋近运动方式和滑模运动方式，其中，趋近运动方式中，系统状态收敛轨迹由趋近律刻画，为使系统输出位置在有限时间收敛到参考信号的邻域内，构造如下离散趋近律： s k + 1 = s k - min { λ | s k | μ | s k | + ϵ , | s k |本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于周期伺服系统的积分滑模重复控制器，其特征在于：滑模控制包括趋近运动方式和滑模运动方式，其中，趋近运动方式中，系统状态收敛轨迹由趋近律刻画，为使系统输出位置在有限时间收敛到参考信号的邻域内，构造如下离散趋近律：sk+1=sk-min{λ|sk|μ|sk|+ϵ,|sk|}sgn(sk)---(1)]]>式中λ、μ和ε是趋近律正参数，满足λ＞ε，用于调节趋近速度，(1)中包含线性和非线性部分，当|sk|较大时，收敛速度先快后慢，最后一步到达并保持为零；根据(1)有因此系统状态变化速率受趋近律参数限制，有利于约束控制器输出速度，符合实际系统惯性导致的有限输出速度；1)当时，所以根据(1)得sk+1sgn(sk)=|sk|-λ|sk|μ|sk|+ϵ∈(0,|sk|)---(2)]]>也即|sk+1|<|sk|sgn(sk+1)=sgn(sk)---(3)]]>由(3)可以看出，切换变量sk同号单调收敛，令|Δsk|＝|sk+1‑sk|，则根据(2)有|Δsk|=λ|sk|&mu;|sk|+ϵ=λμ+ϵ|sk|>λμ+ϵμλ-ϵ=λ-ϵμ---(4)]]>所以有以下递推关系|s1|=|s0|-|Δs1|<|s0|-λ-ϵμ|s2|=|s1|-|Δs2|=<|s0|-2λ-ϵμ...|sk|=|sk-1|-|Δsk|=<|s0|-kλ-ϵμ---(5)]]>所以当时，2)当时，根据(1)得sk+1＝0；所以趋近律(1)定义的切换函数从初始值s0开始动态同号单调收敛，且存在使满足k≥k*时，切换函数到达原点并保持；设计如下位置伺服的数据采样系统状态空间：xk+1＝Gxk+Huk+wk    (6)其中，状态矩阵G为n×n维，输入矩阵H为n×m维，wk为kT时刻的有界扰动，(G，H)能控，所以存在状态反馈矩阵K，使得uk＝‑Kxk+vk，从而xk+1＝(G‑HK)xk+Hvk+wk    (7)(7)中系统矩阵(G‑HK)在z平面单位圆内有n个非重特征根；滑模面切换函数sk+1＝Cxk+1，将(7)代入切换函数并结合趋近律(1)解得常规滑模控制器vk=(CH)-1[sk-min{λ|sk|μ|sk|+ϵ,|sk|}sgn(sk)-(CG-CHK+D)xk-Cw^k]---(8)]]>其中为不确定扰动项wk的估计；取离散积分滑模切换函数sk+1=C(xk+1-x0)+DΣi=0kxi---(9)]]>其中C:m×n，D＝‑C(G‑I‑HK)，则滑模面为S={xk|C(xk-x0)+DΣi=0k-1xi=0}---(10)]]>将(7)代入(9)并结合趋近律(1)得到C(G-HK)xk+CHvk+Cwk-Cx0+DΣi=0kxi=sk-min{λ|sk|μ|sk|+ϵ,|sk|}sgn(sk)---(11)]]>解得积分滑模控制器vk=(CH)-1[sk-min{λ|sk|μ|sk|+ϵ,|sk|}sgn(sk)-(CG-CHK+D)xk-Cw^k+Cx0-DΣi=0k-1xi]---(12)]]>令伺服系统重复作业一周期内采样点数为N，则vk-N=(CH)-1[sk+1-N-(CG-CHK+D)xk-N-Cwk-N+Cx0-DΣi=0k-1-Nxi]---(13)]]>由上两式解得积分滑模重复控制器vk=vk-N+(CH)-1[sk-min{λ|sk|μ|sk|+ϵ,|sk|}sgn(sk)-sk+1-N-(CG-CHK+D)(xk-xk-N)-Cd^k-DΣi=k-Nk-1xi]---(14)]]>其中为相邻周期扰动变化量dk＝wk‑wk‑N的估计。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于周期伺服系统的积分滑模重复控制器，其特征在于：滑模控制包括趋近运动方式和滑模运动方式，其中，趋近运动方式中，系统状态收敛轨迹由趋近律刻画，为使系统输出位置在有限时间收敛到参考信号的邻域内，构造如下离散趋近律： s k + 1 = s k - min { ...

【专利技术属性】
技术研发人员：周文委，孙明轩，胡轶，张有兵，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33