[发明专利]一种采用干扰差分抑制策略的离散时间幂次吸引控制器设计方法

说明书

一种采用干扰差分抑制策略的离散时间幂次吸引控制器设计方法，给定模块产生参考信号；依据给定参考信号的具体形式，构造相应的干扰差分补偿反馈环节，其输出信号用于数字控制器中的干扰补偿；基于幂次吸引律构建理想误差动态，依据理想误差动态设计数字控制器，将当前的控制器计算获得的信号作为伺服对象的输入。具体的控制器参数整定可依据表征系统收敛性能的指标进行，提供了表征跟踪误差收敛过程的稳态误差带、绝对吸引层、单调减区域和系统跟踪误差首次进入稳态误差带的最大收敛步数的具体表达式。本发明提供的幂次吸引控制器设计方法，根据给定参考信号，采用相应干扰差分补偿措施，通过抑制干扰提高伺服系统跟踪精度。

技术领域

本发明涉及一种采用干扰差分抑制策略的离散时间幂次吸引控制器设计方法，该方法适用于位置伺服系统，也适用于其他含有周期运行过程的工业场合。

背景技术

吸引律方法有别于离散滑模控制的趋近律方法。两者的主要区别表现在：吸引律方法将跟踪误差取代切换函数、原点取代切换面；趋近律方法要求有限时间达到切换面，而吸引律方法要求有限时间达到原点；吸引律方法设计的闭环系统仍具有关于参数漂移和外部干扰的鲁棒性能，只是滑模控制注重滑模运动的不变性，而吸引律方法追求系统稳态的不变性。

吸引律方法直接采用跟踪误差信号，控制器设计更为直接、简洁。吸引律反映了不考虑扰动时期望的系统误差动态特性；在存在干扰的情形下，直接依据吸引律设计的控制器无法实现。可将干扰抑制措施“嵌入”吸引律，构建具有扰动抑制作用的理想误差动态。依据构造的理想误差动态方程设计数字控制器，闭环系统动态过程由理想误差动态所决定，且具有理想误差动态所表征的期望跟踪性能。

以吸引律方法设计离散控制器时，刻画跟踪误差瞬态和稳态行为的指标可由理想误差动态给出，具体有下述四个指标：稳态误差带、绝对吸引层、单调递减区域以及首次收敛到稳态误差带所需的最大步数。四个指标的具体取值依赖于控制器参数和等效干扰信号的界，控制器参数和等效干扰信号的界不同，四个指标的取值也不同。一旦给定理想误差动态形式，可预先给出四个指标的具体表达式，用于控制器参数整定。

发明内容

本发明提出一种采用干扰差分抑制策略的离散时间幂次吸引控制器设计方法。为使得闭环系统具有预先设定的期望误差跟踪性能，采用干扰差分抑制策略，将其嵌入到幂次吸引律中，构建具有扰动抑制能力的理想误差动态，从而设计出控制器，使得闭环系统具有理想误差动态所刻画的特性，以提高控制性能，使得电机伺服系统实现高速、高精度跟踪。本发明具体给出稳态误差带、绝对吸引层、单调减区域以及首次收敛到稳态误差带所需的最大步数四个指标的具体表达式，皆可用于指导控制器参数整定。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：

一种采用干扰差分抑制策略的离散时间幂次吸引控制器设计方法，包括以下步骤：

步骤1.给定参考信号r_k为时间变量k的多项式，M表示该多项式的最高幂次，三种参考信号如下：

1)方波信号，M＝0

2)三角波信号，M＝1

3)S曲线，M＝3

其中，A为幅值，N为参考信号在一个周期中的采样次数；

步骤2.构造理想误差动态，给出幂次吸引律，

e_k+1＝(1-ρ)e_k-ε|e_k|^αsgn(e_k) (4)