[发明专利]基于理想误差动态的半周期重复控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种重复伺服系统的控制技术，尤其是一种半周期对称参考信号下的重复伺服系统。

背景技术

重复控制是一种适用于重复伺服系统的控制技术，这种控制技术通过对前一个周期控制经验的积累形成控制作用，解决周期性参考信号的跟踪或周期性扰动信号的抑制问题。现有的重复控制器设计方法大多是基于内模原理的频域方法。

依据内模原理，为了实现外部周期信号沿整个周期的完全跟踪/抑制，闭环系统内部需含同样信号的实现机制。纯时滞环节的正反馈可产生任意周期信号，信号的周期由滞后时间确定，含这种延迟内模的闭环系统是无穷维的，它在虚轴有无穷多个极点。重复控制的原始提法(输出控制方式)要求被控对象只能是真的，即系统相对阶为零。对于严格真系统，闭环系统不可能做到指数稳定。这样，欲实现受控系统跟踪任意的周期信号(跟踪任意高频成分)，对系统结构提出了非常强的要求。为了降低要求，可放弃对参考输入高频成分的跟踪，仅保证低频频段上的稳态误差要求。一种做法是在纯时滞环节前设置低通滤波器，截去剪切频率以上的高频成分，也可尝试在前向通道加入动态补偿器，以改善系统性能。

将连续时滞内模以一串后移算子代替，形成离散时滞内模变成了有限维的。判断一般离散重复控制系统的稳定性需求解Diophantine方程。通常，稳定的最小相位系统可采用零极对消的前馈补偿设计，稳定的非最小相位系统可采用零相位补偿。以零相位跟踪控制方法设计重复控制器，其稳定性容易判断，仅取决于重复控制器增益的选取。零相位补偿可对消不稳定零点引入的相移，但不能使得对消后增益为1。增益的不完全对消影响到高频分量的跟踪性能，需进一步采取措施消除其影响。前馈控制方法(PFF)以有限阶多项式内模抑制已知的外部信号，这种方法允许干扰周期可以不是采样周期的整数倍，甚至信号周期是未知的。梳状滤波器也可用作离散时滞内模，这样，滤波器相关设计技术可用于重复控制器。奇次谐波重复控制器有效利用信号的奇次谐波分量的对称特性，推导出信号产生器。采用这种产生器使得内存占用量减小了一半。更简单的情形是仅考虑正弦信号的跟踪/抑制，即构造正弦内模，这时只能跟踪/抑制单一谐波。对于一般周期参考信号，在已发表文献中，也有研究者考虑时滞内模的有限维近似。

周期延迟正反馈环节的具体实现方式主要分为两种(见图1所示)：

1)纯延迟环节位于前向通道；

2)纯延迟环节位于反馈通道。

假设外部激励信号与采样周期是同步的，外激励信号周期T是采样周期T_s的整数倍(T＝NT_s)，则前者的离散周期信号的内模为

GIM=z-N1-z-N]]>

后者对应的内模为

GIM=zNzN-1]]>

由上述内模设计出的控制器的内存需求直接取决于采样周期T_s。当采样周期T_s取得过小时，则每一个周期内的采样数目N会增加，从而导致内存占用量增多；当采样周期T_s取得过大时，采样点之间的波动会变大，从而导致系统控制精度下降。在工程实现时，降低重复控制器内存占用人们关注的主要问题之一。

发明内容

为了克服已有现有的重复控制器的无法兼顾内存占用量和控制精度的不足，本发明提供一种在减少内存占用量的同时、兼有良好的控制精度的基于理想误差动态的半周期重复控制器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：