基于吸引律的离散时间控制器设计方法与实现

发布时间：2017-03-24 20:15

  本文关键词：基于吸引律的离散时间控制器设计方法与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：离散时间控制器设计是工业领域重要的研究方向。伺服系统因动态响应速度快以及位置跟踪精度高等特点,在工业控制中得到了广泛的应用。本文以伺服系统为背景展开研究,探讨适用于定位和重复作业下伺服电机的精确控制方法,为伺服系统提供高性能的控制技术。研究工作主要包括:1.针对单输入单输出离散时间系统,提出一种基于指数吸引律的控制器设计方法。设计控制器时,采用理想误差动态方法,即将干扰抑制措施“嵌入”到吸引律中,据此设计出控制器。理论分析得出系统存在3种边界情况,即单调减区域边界、绝对吸引层边界和稳态误差带边界。分别给出系统跟踪误差在无干扰时首次穿越原点所需步数以及存在干扰时收敛进入稳态误差带内所需最多步数的表达式。通过数值仿真验证3个边界和收敛步数的准确性。2.针对指数吸引律存在的颤振问题,采取两种连续化处理手段,一种连续化手段是以sat函数代替sgn函数,另一种是以ek/(|ek|+δ),δ0取代sgn函数,从而有效消除或减轻系统颤振。分别给出绝对吸引层边界、单调减区域边界和稳态误差带边界的表达式,用于表征闭环系统的收敛性能和稳态性能。完成的数值仿真用于验证3个边界的准确性以及所提控制方法的有效性。3.引入含死区的符号函数和区间示性函数构造有限时间死区吸引律,基于此设计控制器,可使得系统跟踪误差在有限时间内到达原点。分别推导出系统跟踪误差的稳态误差带边界、单调减区域边界和绝对吸引层边界的表达式,用于整定控制器参数和表征在不同控制器参数下闭环系统的误差动态行为。通过数值仿真验证3个边界的准确性和所提控制方法的有效性。4.针对单输入单输出离散时间系统,提出一种基于自适应切换增益的吸引律方法。该方法能够根据不确定干扰变化率对闭环系统影响的强弱自动调整切换增益大小,且可直接反映误差动态特性。给出系统跟踪误差首次穿越原点所需最多步数的表达式。数值仿真验证所提控制方法的有效性。5.针对周期参考信号下的不确定离散时间系统,提出一种基于吸引律的离散时间重复控制方法。通过将干扰抑制措施“嵌入”到吸引律中,构造出理想误差动态,并基于此设计出离散重复控制器。分别推导跟踪误差的稳态误差带、单调减区域和绝对吸引层边界的表达式,用于整定控制器参数和表征在不同控制器参数下闭环系统的跟踪性能。设计的离散重复控制器不仅能够实现对周期干扰信号的完全抑制,而且可以消除系统颤振。完成的数值仿真用于验证所提控制方法的有效性。6.提出一种1/M周期重复控制器,有效处理周期对称参考信号、显著减少内存占用量。与整周期重复控制相比,1/M周期重复控制器的内存需求只是整周期重复控制器的1/M。基于离散时间单位向量连续化吸引律构造理想误差动态,依据理想误差动态设计出1/M重复控制器。具体的控制器参数整定工作可依据表征闭环系统跟踪误差收敛过程的指标进行,且提供表征跟踪误差收敛过程的单调减区域、绝对吸引层和稳态误差带边界。理论分析与数值仿真验证3个边界的准确性以及所提1/M周期重复控制器的有效性。7.搭建永磁同步电机控制系统实验平台。采用最小二乘法建立电机的数学模型,基于获得的模型设计系统的离散控制器,将所设计的控制器应用于电机控制系统进行位置跟踪控制和定位控制,验证所提控制方法的有效性。
【关键词】：离散时间系统 吸引律 理想误差动态 重复控制 滑模控制 趋近律
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP273;TM341
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 主要符号对照表14-15
• 第一章 绪论15-27
• 1.1 课题研究背景及意义15-16
• 1.2 与课题相关控制技术的研究现状16-25
• 1.2.1 PID控制16-17
• 1.2.2 滑模控制17-21
• 1.2.3 重复控制21-24
• 1.2.4 电机控制技术24-25
• 1.3 本文的研究内容及章节安排25-27
• 第二章 吸引律方法27-55
• 2.1 引言27-28
• 2.2 系统描述及相关定义28-29
• 2.3 吸引律29-36
• 2.4 控制器设计36-38
• 2.5 性能分析38-48
• 2.5.1 单调减区域38-39
• 2.5.2 绝对吸引层39-40
• 2.5.3 稳态误差带40-43
• 2.5.4 有限步收敛43-48
• 2.6 数值仿真48-54
• 2.7 小结54-55
• 第三章 饱和吸引律55-82
• 3.1 引言55
• 3.2 饱和吸引律55-59
• 3.3 控制器设计59-60
• 3.4 性能分析60-75
• 3.4.1 单调减区域60-63
• 3.4.2 绝对吸引层63-66
• 3.4.3 稳态误差带66-72
• 3.4.4 有限步收敛72-75
• 3.5 数值仿真75-81
• 3.6 小结81-82
• 第四章 单位向量连续化吸引律82-100
• 4.1 引言82
• 4.2 单位向量连续化吸引律82-85
• 4.3 性能分析85-95
• 4.3.1 绝对吸引层86-88
• 4.3.2 单调减区域88-91
• 4.3.3 稳态误差带91-95
• 4.4 数值仿真95-99
• 4.5 小结99-100
• 第五章 有限时间死区吸引律100-113
• 5.1 引言100
• 5.2 问题的提出和准备100-101
• 5.3 有限时间死区吸引律及控制器设计101-102
• 5.4 性能分析102-110
• 5.4.1 单调减区域102-105
• 5.4.2 绝对吸引层105-107
• 5.4.3 稳态误差带107-110
• 5.5 数值仿真110-112
• 5.6 小结112-113
• 第六章 自适应吸引律113-126
• 6.1 引言113
• 6.2 问题描述113-114
• 6.3 自适应吸引律114-116
• 6.4 性能分析116-121
• 6.5 数值仿真121-125
• 6.6 小结125-126
• 第七章 离散重复控制器设计与实现126-145
• 7.1 引言126-127
• 7.2 问题描述127
• 7.3 吸引律127-131
• 7.4 重复控制器设计131-133
• 7.5 性能分析133-141
• 7.5.1 单调减区域133-135
• 7.5.2 绝对吸引层135-137
• 7.5.3 稳态误差带137-139
• 7.5.4 有限步收敛139-141
• 7.6 数值仿真141-144
• 7.7 小结144-145
• 第八章 部分周期重复控制策略145-176
• 8.1 引言145-146
• 8.2 问题描述146-152
• 8.3 部分周期重复控制器设计152-155
• 8.4 性能分析155-159
• 8.5 数值仿真159-175
• 8.5.1 1/2周期重复控制161-164
• 8.5.2 1/3周期重复控制164-168
• 8.5.3 1/4周期重复控制168-171
• 8.5.4 1/5周期重复控制171-175
• 8.6 小结175-176
• 第九章 永磁同步电机控制系统设计与实现176-201
• 9.1 引言176
• 9.2 永磁同步电机伺服系统的硬件组成176-181
• 9.2.1 伺服驱动器177-178
• 9.2.2 位置传感器178-179
• 9.2.3 DSP数字控制器179-180
• 9.2.4 永磁同步电机180-181
• 9.3 永磁同步电机伺服系统的软件组成181-183
• 9.3.1 Elmo数字驱动器配置181
• 9.3.2 CCS软件配置及控制算法实现181-183
• 9.4 最小二乘法辨识建模183-184
• 9.5 实验结果184-200
• 9.5.1 周期跟踪185-196
• 9.5.2 定位控制196-200
• 9.6 小结200-201
• 第十章 结论与展望201-204
• 10.1 结论201-202
• 10.2 展望202-204
• 参考文献204-213
• 致谢213-214
• 攻读博士学位期间的研究成果及发表的论文214-215

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 邱德慧;王庆林;周游;;基于动平衡状态理论的稳态误差机理分析[J];火力与指挥控制;2011年04期

2 冯水山;闭环系统稳态误差分析[J];洛阳工业高等专科学校学报;1994年01期

3 李美娟;自控系统中干扰信号产生的稳态误差的分析与教学处理[J];沈阳电力高等专科学校学报;2003年01期

4 胡世民;一种非线性转速控制系统的稳态误差仿真计算与分析[J];航空动力学报;1990年03期

5 陈正初;水轮机调速系统稳态误差分析[J];大电机技术;1988年03期

6 吕祖沛;;采样控制系统中稳态误差与采样周期的关系[J];广西大学学报(自然科学版);1992年02期

7 毛韶华;郭世明;;励控系统稳态误差与稳定性同综放单元关系的仿真研究[J];西昌学院学报(自然科学版);2006年01期

8 胡昌源;;非单位反馈控制系统稳态误差的计算方法[J];海军工程学院学报;1985年03期

9 俞倩兰;基于MATLAB的控制系统稳态误差的分析[J];常熟高专学报;2004年02期

10 童佳,吴根忠;MATLAB下的线性系统稳态误差分析和校正[J];机电工程;2005年08期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 喻铁军;戴冠中;;具有最小稳态误差的最优控制系统设计[A];1991年控制理论及其应用年会论文集（上）[C];1991年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 邬玲伟;基于吸引律的离散时间控制器设计方法与实现[D];浙江工业大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 刘双;轧机位置伺服状态反馈稳态误差与状态获取问题的研究[D];燕山大学;2014年

  本文关键词：基于吸引律的离散时间控制器设计方法与实现，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：266131