一种基于自抗扰控制器的网络化多轴运动控制系统的迭代学习轮廓误差控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107991867A(43)申请公布日2018.05.04(21)申请号201711211982.9(22)申请日2017.11.28(71)申请人浙江工业大学地址310014浙江省杭州市下城区潮王路18号浙江工业大学科技处(72)发明人王瑶为张文安吴祥董辉俞立(74)专利代理机构杭州斯可睿专利事务所有限公司33241代理人王利强(51)Int.Cl.G05B13/04(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称一种基于自抗扰控制器的网络化多轴运动控制系统的迭代学习轮廓误差控制方法(57)摘要一种基于自抗扰控制器的网络化多轴运动控制系统的迭代学习轮廓误差控制方法，该方法首先将时变时延引起的系统不确定动态处理为系统的总和扰动的一部分，并将系统的总和扰动扩张成新的变量，建立网络化单轴伺服控制系统的增广模型；其次，设计扩张状态观测器对增广系统的状态进行估计，进而采用基于扩张状态观测器的线性自抗扰控制器实现对单轴轨迹跟踪控制；然后，计算出当前时刻系统的轮廓误差模型，根据得到的轮廓误差，设计基于迭代学习控制算法的轮廓误差补偿控制器，实现对系统轮廓高精度跟踪控制。本发明具有良好的单轴轨迹跟踪控制性能，以及对系统模型不确定性的良好抗扰动能力，实现对系统轮廓高精度跟踪控制。CN107991867ACN107991867A权利要求书1/2页1.一种基于自抗扰控制器的网络化多轴运动控制系统的迭代学习轮廓误差控制方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤1)考虑网络诱导时延小于一个采样周期的情况下，建立含有时变网络诱导时延的单轴伺服控制系统模型，将网络化单轴伺服控制系统建模为一个具有一步输入时滞的离散时间线性时变系统，并将时变时延引起的系统不确定动态处理为系统的总和扰动的一部分，进而将系统的总和扰动扩张成新的变量，网络化单轴伺服控制系统模型扩张成的三阶系统模型如下：其中，ai、bi为第i(i＝1,2)轴伺服系统的定常模型系数，T为采样周期，xi1(k+1)、xi2(k+1)、xi3(k+1)分别表示第i轴伺服系统位置输出xi1(k)、电机速度xi2(k)、新扩张状态量xi3(k)在第k+1个采样时刻的值，ui(k)为第i轴伺服系统控制输入，即伺服系统速度模式下的速度设定值或者伺服系统力矩模式下的力矩设定值，di(k)为新扩张状态量xi3(k)的微分量，新扩张状态量xi3(k)即系统的总和扰动包括时变时延引起的时变动态、系统干扰和系统不确定性等因素；步骤2)针对单轴的轨迹跟踪控制，设计基于线性自抗扰控制的单轴跟踪控制器，过程包括：设计线性跟踪微分器，线性扩张状态观测器和基于PD的线性误差反馈控制律；步骤3)针对网络化多轴运动控制系统中的轮廓模型计算出当前时刻系统的轮廓误差模型，然后根据得到的轮廓误差，设计基于迭代学习控制算法的轮廓误差补偿控制器。2.根据权利要求1所述的基于自抗扰控制器的网络化多轴运动控制系统的迭代学习轮廓误差控制方法，其特征在于，所述步骤2)中，对第i轴伺服控制系统设计基于线性自抗扰控制的跟踪控制器设计过程如下：(2.1)设计如式(2)所示的线性跟踪微分器，用来安排过渡过程，给定信号v0作为参考输入,其中，参数ri0为跟踪微分器的快速因子，vi1(k)表示参考输入v0的跟踪值，vi2(k)为参考输入v0的微分的近似值，fhi(k)为v2的微分值；(2.2)设计如式(3)所示的线性扩张状态观测器，对系统的状态和扰动进行实时估计与补偿，2CN107991867A权利要求书2/2页其中，ei(k)为第i轴伺服系统实际位置与其估计值之差，即位置误差量，zi1(k)是对第i轴伺服系统位置xi1(k)的估计，zi2(k)是对速度xi2(k)的估计，zi3(k)是对新扩张状态量即总和扰动xi3(k)的估计，βi1、βi2、βi3为一组待整定的参数，为保证估计精度，根据高增益状态观测器设计原则，βi1、βi2、βi3取值大于噪声或扰动的上界，并通过极点配置取βi1＝3ωi0，βi2＝23ωi0，ωi0为观测器带宽，bi0为可调的补偿因子；(2.3)设计如式(4)所示的线性误差反馈控制律,其中，kpi和kdi为控制增益，ei1(k)为第i轴伺服系统的给定信号过渡值vi1(k)与位置估计值zi1(k)的误差，ei2(k)为第i轴伺服系统给定信号的微分值vi2(k)与速度估计值vi2(k)的误差，ui0(k)为误差反馈控制量，ui(k)为最终的控制量。3.根据权利要求1或2所述的基于自抗扰控制器的网络化多轴运动控制系统的迭代学习轮廓误差控制方法，其特征在于，所述步骤3)中，针对网络化多轴运动控制系统中多轴协调运动控制的轨迹轮廓模型计算出当前时刻系统的轮廓