[发明专利]一种仅依赖控制方向信息的刚体系统抗扰控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种仅依赖控制方向信息的刚体系统抗扰控制方法及系统，所述方法包括：建立待抗扰控制的刚体系统的位移或者角度控制模型；基于控制模型获得控制方向信息与刚体系统位移或角度的跟踪误差信号；基于总和加速度动态估计器，获得刚体位移或者角度的跟踪误差信号变化率估计值及刚体系统总和加速度估计值；建立仅依赖控制方向信息的扰动补偿控制输入动态方程；基于仅依赖控制方向信息的扰动补偿控制输入动态方程实现刚体系统抗扰控制。本发明能够在无法获取刚体系统质量与转动惯量估计数值，仅能依赖控制方向情况下，实现刚体系统位移或角度控制。

技术领域

本发明属于刚体系统控制方法技术领域，特别涉及一种仅依赖控制方向信息的刚体系统抗 扰控制方法及系统。

背景技术

刚体系统的应用场景非常广泛，例如火箭飞行系统、电梯运载系统、电机伺服系统等。刚 体系统的控制任务目标是控制刚体位移或者刚体角度跟踪指定的参考信号，例如电机伺服系统 动子的位移与指定的位移参考信号相同。

刚体系统往往会受到各类内部与外部的不确定性影响，其中包括了系统内部未建模的非线 性动态、外部力或力矩干扰以及模型参数摄动等。目前针对刚体系统中的各类不确定性，已有 许多成熟有效的方法，例如自抗扰控制方法、基于扰动观测器的主动抗扰控制方法、比例-积 分-微分反馈控制方法等等。

尽管目前所设计的刚体控制系统已经能够处理很大范围的内外不确定性，但在控制系统设 计中需要相对准确的刚体系统的质量或转动惯量信息。例如，在基于自抗扰控制方法的刚体系 统中，由于需要主动补偿总和不确定性对控制系统的影响，需要设计总和不确定性与质量或转 动惯量的比值项。若控制设计中所用的质量或转动惯量的估计值与实际值差距较大，此时基于 自抗扰控制的刚体系统将会出现失稳等恶劣的闭环响应。同样地，在比例-积分-微分反馈控制 方法中，若刚体系统质量或转动惯量发生大范围变化，将导致依据标称质量或转动惯量设计的 控制系统闭环响应变差，甚至出现系统不稳定的情况。

实际中有一大类刚体系统，其质量或转动惯量在系统运行过程中会发生大范围变化，并且 无法低成本地实时估算质量或转动惯量的具体数值。下面以质量变化为例来说明：火箭、电梯 等运载任务为主的刚体系统，由于燃料燃烧、运载任务变化等原因，导致其载重变动，即质量 将会大范围变动。同时，若增加质量或转动惯量传感器，将会增加系统复杂性，降低系统整体 可靠性，提高刚体系统的建设成本与维护成本。如何能够在大范围质量或转动惯量变动并且其 具体数值无法估算的情况下，设计具有强抗扰特性的刚体控制系统，是刚体系统控制领域的一 个重要问题。

综上，亟需一种新的仅依赖控制方向信息的刚体系统抗扰控制方法及系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种仅依赖控制方向信息的刚体系统抗扰控制方法及系统，以解决 上述存在的一个或多个技术问题。本发明能够在无法获取刚体系统质量与转动惯量估计数值， 仅能依赖控制方向情况下，实现刚体系统位移或角度控制。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种仅依赖控制方向信息的刚体系统抗扰控制方法，包括以下步骤：

步骤1，建立待抗扰控制的刚体系统的位移或者角度控制模型；基于控制模型获得控制方 向信息与刚体系统位移或角度的跟踪误差信号；

步骤2，基于步骤1获得的跟踪误差信号建立总和加速度动态估计器；基于总和加速度动 态估计器，获得刚体位移或者角度的跟踪误差信号变化率估计值及刚体系统总和加速度估计值；

步骤3，基于步骤1获得的控制方向信息、刚体系统位移或角度的跟踪误差信号，以及步 骤2获得的刚体位移或者角度的跟踪误差信号变化率估计值、刚体系统总和加速度估计值，建 立仅依赖控制方向信息的扰动补偿控制输入动态方程；基于仅依赖控制方向信息的扰动补偿控 制输入动态方程实现刚体系统抗扰控制。

本发明的进一步改进在于，步骤1中，