基于等价输入干扰补偿的执行器非线性系统重复控制设计

摘要

重复控制以其优越的周期信号控制性能，广泛应用于具有周期性控制任务的伺服系统设计中，为解决工业实践中系统高精度跟踪/抑制某一周期给定/扰动信号这一控制问题提供了简单有效的方法。然而，执行器非线性特性的存在会严重影响重复控制系统的性能。
　　本文针对一类输入端存在执行器非线性特性的系统，研究重复控制系统中执行器非线性特性的补偿问题，提出一种基于等价输入干扰补偿的执行器非线性系统重复控制设计方法，有效地补偿执行器非线性特性对重复控制系统性能的影响。为非线性重复控制系统设计提供一种新思路，拓宽重复控制的应用范围。
　　首先，针对具有执行器非线性的标称系统，建立改进型基于等价输入干扰补偿的重复控制系统。将输入端执行器非线性视为输入相关的扰动项，采用等价输入干扰的方法估计并补偿其对系统输出的影响，再与重复控制律结合实现对周期信号的高精度跟踪，同时给出了控制系统设计方法。这种非线性补偿方法无需已知非线性特性的精确模型，具有普遍适用性。数值仿真结果显示，该系统能有效补偿执行器非线性特性对系统的影响，具有优越的周期信号跟踪性能。
　　然后，在上述研究的基础上，将这一方法应用到具有执行器非线性的不确定系统的周期信号跟踪问题上，拓宽该方法的适用范围。建立基于等价输入干扰补偿的插入式重复控制系统结构，给出系统的稳定性条件和设计方法，并分析系统的扰动抑制性能和鲁棒稳定性能。仿真结果表明该系统能有效地抑制非周期扰动，且对系统参数不确定性具有鲁棒性。
　　最后，基于电机实验装置，进行非线性重复控制实验，将基于等价输入干扰补偿的重复控制方法应用于控制电机跟踪周期转速运行，验证系统的非线性补偿性能和周期信号跟踪性能。实验结果体现了本文所提方法的有效性和实际可行性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景、目的及意义

1．2 重复控制的基本原理

1．3 国内外研究现状

1．3．1 重复控制研究情况

1．3．2 执行器非线性补偿方法

1．4 论文的内容和结构

2 具有执行器非线性的标称系统重复控制设计

2．1 执行器非线性系统描述

2．2 基于等价输入干扰补偿的重复控制系统

2．2．1 控制系统结构设计

2．2．2 改进型等价输入干扰估计器设计

2．2．3 扩张状态观测器设计

2．2．4 重复控制器和反馈补偿器设计

2．3 数值仿真及分析

2．3．1 实例一

2．3．2 实例二

2．4 小结

3 具有执行器非线性的不确定系统重复控制设计

3．1 执行器非线性不确定系统描述

3．2 基于等价输入干扰补偿的不确定系统重复控制

3．2．1 等价输入干扰估计和补偿

3．2．2 全维状态观测器设计

3．2．3 插入式重复控制器设计

3．2．4 稳定性分析

3．3 控制系统性能分析

3．3．1 扰动抑制性能

3．3．2 鲁棒稳定性

3．4 数值仿真

3．4．1 非周期扰动抑制性能

3．4．2 参数不确定系统的鲁棒性能

3．5 小结

4 非线性重复控制系统实验

4．1 实验系统结构和工作原理

4．1．1 系统硬件结构和实验原理

4．1．2 软件开发环境

4．2 实验验证

4．2．1 系统辨识

4．2．2 实验结果和分析

4．3 小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果目录

致谢