一种以鲁棒性能为导向的机电系统启发式优化设计方法及系统

本发明属于机电控制，涉及一种以鲁棒性能为导向的机电系统启发式优化设计方法及系统。

背景技术：

1、机电系统在许多领域都有广泛的应用，并且在这些领域中发挥着重要的作用，例如制造业、汽车工业、电力工业和农业等领域。因此机电系统的控制一直是控制界非常关注的。但在机电系统控制操作中有未知干扰广泛存在，同时由于参数扰动、建模误差和线性化误差等因素，很难获得系统的精确模型。在控制系统的设计中，对于只有一个回路的被动控制方法，需要处理所有的性能要求，如鲁棒稳定性、跟踪控制、干扰抑制。对于主动控制方法，有一个额外的回路来处理不确定性以及通过构造扰动观测器或者估计器来估计扰动。但是，目前大多数方法都无法同时对匹配和不匹配的扰动进行有效估计，而等价输入干扰方法是直接将干扰估计等效补偿到输入通道，能够有效的对匹配和不匹配干扰进行估计。并且，大多数系统设计都侧重于获取鲁棒稳定性条件而没有考虑鲁棒性能的优化。另一方面，由于信号的大部分能量通常聚集在有限的频率范围内，因此在有限频域中的机电装置扰动抑制控制更实用。此外，在系统设计中还应考虑实际情况机电装置的物理输入极限。如何在上述情况下获取系统鲁棒稳定条件和进一步实现性能导向设计是一个重要的课题，有待突破。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述问题，本发明提出了一种以鲁棒性能为导向的机电系统启发式优化设计方法及系统。

2、本发明所采用的技术方案：一种以鲁棒性能为导向的机电系统启发式优化设计方法及系统，包括如下步骤：

3、步骤一、对被控系统进行参数辨识，获得含参数不确定性的机电系统数学模型。。

4、步骤二、基于步骤一，构建机电系统的控制结构框图，由被控对象数学模型、内模控制器、龙伯格观测器、广义等价输入干扰估计器和状态反馈控制器组成。

5、步骤三、基于步骤二中构建的控制结构框图，建立闭环控制系统的状态空间描述方程，基于待求控制参数的结构特性，将控制参数分成跟踪控制增益和扰动抑制增益两组进行迭代设计。

6、步骤四、考虑执行机构的幅值约束条件，在跟踪控制增益已知的情况下，推导基于有限频域鲁棒抗扰性能指标的扰动抑制增益设计条件，在扰动抑制增益已知的情况下，推导基于鲁棒跟踪性能指标的跟踪控制增益设计条件。

7、步骤五、建立有限频域鲁棒抗扰性能和鲁棒跟踪性能的最优设计问题，设计启发式优化算法，迭代求解两个最优设计问题获得系统的跟踪控制和扰动抑制的最优组合参数，综合优化机电系统的鲁棒性能。与现有方法相比，本发明的有益效果：与既有的机电系统跟踪控制和扰动抑制设计方法相比，本发明考虑了执行机构的幅值约束条件，以鲁棒性能为导向设计系统参数，降低系统参数设计的保守性，显著地提高机电系统的综合鲁棒性能。

技术特征：

1.一种以鲁棒性能为导向的机电系统启发式优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种以鲁棒性能为导向的机电系统启发式优化设计方法，其特征在于：在步骤三中，基于控制参数的结构特性，将控制参数分成跟踪控制增益和扰动抑制增益两组进行迭代设计。

3.根据权利要求1所述的一种以鲁棒性能为导向的机电系统启发式优化设计方法，其特征在于：在步骤四中，考虑执行机构的幅值约束条件，建立基于有限频域鲁棒抗扰性能指标的扰动抑制增益设计条件和基于鲁棒跟踪性能指标的跟踪控制增益设计条件。

4.根据权利要求1所述的一种以鲁棒性能为导向的机电系统启发式优化设计方法，其特征在于：在步骤五中，所提出的迭代启发式优化算法，保证系统的鲁棒稳定性，同时综合优化控制系统的有限频域鲁棒抗扰性能和鲁棒跟踪性能。

技术总结
本发明公开了一种以鲁棒性能为导向的机电系统启发式优化设计方法及系统，包括：基于闭环控制系统中控制参数的结构特性，将跟踪控制增益和扰动抑制增益进行迭代设计求解；考虑执行机构的幅值约束条件，推导基于有限频域鲁棒抗扰性能指标的扰动抑制增益设计条件和基于鲁棒跟踪性能指标的跟踪控制增益设计条件；设计启发式优化算法，迭代求解两个最优性能设计问题以获得系统跟踪控制和扰动抑制的最优控制参数组合，综合优化系统鲁棒性能。本发明考虑了执行机构的幅值约束条件，以鲁棒性能为导向设计系统参数，降低系统参数设计的保守性，显著地提高机电系统的综合鲁棒性能。

技术研发人员：余攀,赵全,徐琛,吴强,李晓理,刘茜
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12