抗扰动复合非线性伺服控制器的参数化设计方法
【专利摘要】本发明涉及一种抗扰动复合非线性伺服控制器的参数化设计方法。该方法是通过动态改变闭环系统极点的阻尼，以综合轻阻尼系统的快速响应性能和重阻尼系统的低超调特性，从而实现快速平稳的定点跟踪。控制器由三部分组成：第一部分是常规的线性反馈控制律，用来保证系统的稳定性并使闭环系统具有较快的响应速度；第二部分是非线性反馈控制律，它的作用是使受控系统达到对设定点快速平稳的跟踪；第三部分把系统的扰动和不确定性因素合并归入一个扩展状态变量，设计一个降阶扩展状态观测器来同时估计系统未量测状态和未知扰动，并用于状态反馈和扰动补偿。采用本发明方法，实现了在各种负载条件下对目标位置的快速、平稳且准确的伺服跟踪。
【专利说明】抗扰动复合非线性伺服控制器的参数化设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种对给定目标进行快速和准确的跟踪，且对系统扰动和参数差异具有较好的性能鲁棒性的抗扰动复合非线性伺服控制器的参数化设计方法。
【背景技术】
[0002]国内外工业界和科研机构都对伺服系统的控制做了大量的研究工作。在高速高精度位置或速度伺服系统中，要求控制系统必须具有快速、平稳的瞬态性能和稳态精确性，其中瞬态性能关系到系统的运行效率和安全性。常规的伺服系统中采用基于PID的多环串级控制结构。PID的特点是简单易用，但它是一种单自由度的线性控制，难以实现快速响应与低超调，且易产生所谓的积分器饱和现象(Integrator windup),并且控制系统的瞬态性能对给定输入和扰动的变化缺乏鲁棒性，参数值跟随实际的给定输入和扰动量的变化而调整.才能保持较好的性能，这在实际应用中非常麻烦。
[0003]在控制环中引入自抗扰控制器(ADRC)是伺服控制系统的一大突破，其中利用非线性扩展状态观测器(ESO)来提取扰动信号并加以补偿，采用非线性PID控制律来改善系统响应性能。但是ADRC控制律中的参数众多，且与系统性能的关系并不明朗，在工程应用中非常麻烦。另外，ADRC的闭环稳定性分析尚未解决。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种实现伺服系统快速且准确的定点跟踪，即希望机器设备的运动部件能够快速、平稳且准确地进入目标邻域，同时具有良好的瞬时性能和稳态性能的抗扰动复合非线性伺服控制器的参数化设计方法。
[0005]为实现上述目的，本发明的技术方案是:一种抗扰动复合非线性伺服控制器的参数化设计方法，适用于如下模型描述的二阶伺服系统:
【权利要求】
1.一种抗扰动复合非线性伺服控制器的参数化设计方法，适用于如下模型描述的二阶伺服系统:
2.根据权利要求书I所述的抗扰动复合非线性伺服控制器的参数化设计方法，其特征在于:在步骤(1)中，所述的线性反馈控制律为:
uL = Fx+ Gr 式中r为给定目标值；要使闭环系统能够跟踪目标r且具有一对轻阻尼极点
3.根据权利要求书2所述的抗扰动复合非线性伺服控制器的参数化设计方法，其特征在于:在步骤(1)中，选取一个平滑的非线性函数泛O,使其值随着跟踪误差e(t) = f-%)的幅值减小而增大，可选取PW的表达式为:
4.根据权利要求书3所述的抗扰动复合非线性伺服控制器的参数化设计方法，其特征在于:在步骤(1)中，选取一个正定的加权对角矩阵r为
5.根据权利要求书4所述的抗扰动复合非线性伺服控制器的参数化设计方法，其特征在于:在步骤(2)中，所述的降阶扩展状态观测器可表示为:
6.根据权利要求书5所述的抗扰动复合非线性伺服控制器的参数化设计方法，其特征在于:所述步骤(3 )，将所述降阶的扩展状态观测器的估计结果代入所述复合非线性控制律，得到最终的复合非线性伺服控制器的输出
【文档编号】G05B13/02GK103941583SQ201410183753
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月4日 优先权日:2014年5月4日
【发明者】程国扬, 彭萌 申请人:福州大学