离散时间系统重复控制器设计方法研究

发布时间：2020-10-15 05:16

　　 工业生产过程中存在重复作业,同时受到运行参数变化和量测噪声等非重复、不确定干扰的动态行为。单纯考虑系统重复性或者不确定干扰的常规控制方法越来越难以满足人们对于产品品质日益增长的要求。针对这种重复性特征和不确定因素并存的工业生产状况,研究探索适用重复系统的自动控制理论与方法,对于提高工业自动化水平具有重要的实际应用价值。本文依据重复控制方法对周期信号的跟踪能力,结合滑模控制对于系统不确定性的压制能力进行离散滑模重复控制器的设计,进一步将滑模面缩小至原点,讨论直接控制跟踪误差收敛至原点的误差动态重复控制器设计方法。主要工作和成果如下:1.针对存在周期性干扰的重复系统跟踪控制问题,提出一种重复系统的离散滑模控制方法,分析了不同干扰上界时指数趋近律的收敛特性,包括单调收敛域、绝对收敛层、准滑模带宽和收敛时间。进一步分析讨论了离散幂次趋近律、改进趋近律的趋近过程和有界干扰时的系统收敛性能,并给出典型幂次参数取值时趋近律的单调收敛域、绝对收敛层和准滑模带边界,解决了重复系统周期性干扰的抑制问题。2.提出一种非切换趋近律用于状态反馈积分滑模重复控制器设计以解决一类重复系统的跟踪控制问题。根据最优控制理论设计反馈增益矩阵以避免高增益反馈带来的不合理控制量,进一步分析讨论了离散系统取样周期对切换函数和跟踪误差稳态性能的影响,并通过伺服电机跟踪控制仿真实验进行了验证。3.考虑实际执行器输出控制量及其变化速率受功率和运动部件惯性限制的客观因素,提出一种变速误差吸引律,由此导出误差动态用于重复控制器设计。分析了吸引律参数选取与控制量大小及变化速率的关系,推导了误差收敛时间、有界干扰作用下的系统收敛性能。数值仿真和电机实验表明,基于变速吸引律的重复控制器使得控制量及其变化速率受吸引律参数约束,有利于实际执行器的运行和系统的稳定。4.针对跟踪误差提出一种非切换的离散吸引律。设计了含干扰补偿的重复控制器,用于不确定离散系统对于周期参考信号的跟踪控制。分析讨论了误差吸引律的单调收敛性、收敛时间和误差动态补偿方法,进一步推导了有界干扰下不确定系统的稳态误差带。分别通过永磁同步电机跟踪控制的仿真和实验对理论分析结果进行了验证。5.针对一类具有分数周期对称特性运行轨迹的重复系统,利用系统轨迹的时域对称性设计分数周期重复控制器,能够降低系统响应时间,减少控制器内存占用量。为评估系统跟踪性能,分析了正弦切换吸引律的单调收敛性,讨论了吸引律切换边界和切换步长对于跟踪系统稳态误差的影响。6.引入RBF神经网络用于解决一类具有模型不确定性重复系统的跟踪控制问题。设计了RBF神经网络控制器与RBFR控制器,分析表明设计的控制器使得系统稳态收敛。永磁同步电机速度跟踪控制仿真验证了设计工作的有效性。
【学位单位】：浙江工业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP273
【部分图文】：

图 1-1 研究内容的组织结构结了当前研究面临的机遇与挑战；最后，概括了论一种适用于离散时间系统的滑模重复控制策略用于制问题。针对含有界干扰的重复系统，首先推导了单步导出了准滑模带宽，然后分析了趋近运动的到达态性能的理论分析结果。次趋近律给出含干扰抑制措施的切换函数动态用于的跟踪控制问题。首先推导了单调递减区、绝对收敛到达时间，然后讨论了在含干扰抑制措施的滑模性能。针对几种常用取值的幂次参数，给出了三个

图 3-2 幂次趋近律的跟踪性能变化趋势M sSk 时， kk(1 )s s，结合(3-3)可得 01 k s ，不满足(2-2当 0Ms S k时， kk(1 )s s。又因为 kk(1 )s s恒小。同理可得，当MsSk 时 01 kk s s。综上所述有MDRM S。A sSk 时， kk( 2 )s s，结合(3-3)可得kks s 1，不满足(2。当 0As S k时， kk( 2 )s s。又因为 kk(1 )s s恒小于ks。同理可得，当AsSk 时kkks s s 1。综上所述有ACL ()(1)sgn()skkkkfssss ，则 ()1sgn()1skkkfsss 中 1110,0ks

1ln,11,1ACLACLACLACLACLACL1 ks 3.5 给出了表征系统收敛性能的三个边界解析式，为改进趋近律的实际翼飞行器控制器设计翼飞行器是一种四个螺旋动力机构以十字交叉、同一平面固定排列的构简单、操控灵活、体积小、成本低，易于实现无人驾驶、定点悬停，近年来在民用和军事等多个领域得到了广泛应用。四旋翼飞行器由个自由度，是典型的欠驱动、非线性、强耦合的多输入多输出系统。)设计滑模控制器重复用于四旋翼飞行器的轨迹跟踪控制。
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本文编号：2841754