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首页高精度伺服系统非线性扰动抑制的有限维重复控制策略
本文主要探讨了在伺服系统中如何有效地抑制由于非线性扰动导致的信号跟踪精度下降问题。针对一类特征明显的伺服系统,其特点是系统输出与扰动之间存在未知的非线性关联,但只要这些扰动满足连续里普希斯条件,该方法就能广泛应用于实际操作中。这种方法的核心是有限维重复控制,它能够在稳定闭环系统中利用H阶控制器来精确控制,从而实现在信号跟踪上对参考信号前H次谐波的渐近跟踪。 作者们运用不动点原理,提出了一个充分条件,确保了这种有限维重复控制方法的有效性。这个条件不仅适用于当前的控制策略,而且是基于系统周期不变性学习控制方法得以实施的必要前提。这表明了理论基础的重要性,以及在设计控制方案时需要对系统动态有深入理解。 本文的关键点在于处理复杂非线性干扰的能力,它强调了即使在扰动不可预测的情况下,通过合理的控制策略也能达到高精度的信号跟踪。这在诸如精密制造业、航空航天等领域具有重大意义,因为伺服系统的性能直接影响到设备的精度和稳定性。 通过仿真结果,作者们证实了提出的有限维重复控制方法在实际应用中的有效性。这进一步验证了该方法对于解决伺服系统中非线性扰动问题的实用性和有效性。因此,本文的研究成果为伺服系统的设计者和工程师提供了一种新的工具,帮助他们提高系统的抗干扰能力和控制精度。
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第 20 卷 第 7 期
Vol. 20 No. 7
控 制 与 决 策
Control and D ecision
2005 年 7 月
July 2005
收稿日期: 2004208223; 修回日期: 2004211211.
作者简介: 李翠艳
(
1974—
)
, 女, 黑龙江萝北人, 博士生, 从事学习控制、重复控制等研究; 庄显义
(
1935—
)
, 男, 黑龙江
五常人, 教授, 博士生导师, 从事工业过程控制、智能控制等研究.
文章编号: 100120920
(
2005
)
0720798205
伺服系统中抑制非线性扰动的有限维重复控制方法
李翠艳, 庄显义
(
哈尔滨工业大学 控制科学与工程系, 哈尔滨 150001
)
摘 要: 针对一类具有严重非线性扰动的伺服系统, 提出一种有限维重复控制方法以实现高精度的信号跟踪. 所考
虑的扰动与系统输出间存在未知非线性关系, 仅设其满足连续里普希斯条件, 便可处理大多数实际情况. 应用不动点
原理, 给出了所提出方法有效的充分条件, 该条件也是应用基于系统周期不变性的学习控制方法的必要条件. 在稳定
的闭环系统中, 利用
H
阶有限维重复控制器, 可实现参考信号前
H
次谐波的渐近跟踪. 仿真结果证明了方法的有效
性.
关键词: 高精度跟踪; 输出相关非线性扰动; 有限维重复控制器
中图分类号:
TP
273 文献标识码:
A
Rejection of Nonlinear D isturbances in Servo System s with
Fin ite
-
dimensional Repetitive Control
L I Cui
2
y an
,
ZH UA N G X ian
2
y i
(
Departm ent of Contro l Science and Engineering
,
Harbin Institute of Technology
,
Harbin
150001,
China
.
Correspondent
:
L I Cui
2
yan
,
E
2
m ail
:
lilicyan
@263.
net
)
Abstract
:
A finite
2
dim ensional repetitive contro l m ethod is p resented fo r the high accuracy tracking in servo system s
subject to a class of significant nonlinear disturbances
.
The disturbance has unknow n dependency on system output
w ith continuous L ipschitz condition
.
A sufficient condition is derived by using the fix point theorem
.
This condition
is also necessary fo r learning contro l m ethods utilizing the period invariance p roperty of the system
.
W ith the H
2
order finite
2
dim ensional repetitive contro ller included in the stable closed loop
,
asymp totic tracking of the reference
signal up to the H
2
th harmonics can be achieved
.
The sim ulation results show the effectiveness of the p roposed
m ethod
.
Key words
:
H igh accuracy tracking
;
O utput
2
dependent nonlinear disturbance
;
Finite
2
dim ensional repetitive
controller
1
引 言
在伺服系统中, 经常需要实现对周期外激励信
号的高精度跟踪. 例如, 工业机器人在执行重复性操
作时机械手臂的轨迹控制
[1, 2 ]
. 在这类伺服系统中,
由于机械结构上的非对称性或驱动机构的不完善,
经常会引入一类与系统输出相关的非线性扰动, 这
类扰动通常难以处理且可能严重影响跟踪精度. 通
过改善机械结构或提高制造工艺来消除以上扰动,
通常代价昂贵, 甚至是不可能的. 因此, 有必要寻求
一种简单、有效、低成本的扰动补偿控制方法.
在线性系统中, 重复控制方法对于周期信号的
跟踪或干扰抑制是十分有效的
[3, 4 ]
, 但对于非线性系
统, 重复控制的研究结果还很有限. 实际上, 由于重
复控制器中含有时滞正反馈回路, 使得非线性重复
控制系统的性能难以保证. 为此, 可以在应用重复控
制方法前采用一些线性化技术
[5, 6 ]
, 但这大大增加了
系统设计和实现的复杂性.
基于降阶近似内模的思想, 本文提出一种有限
维重复控制方法, 并将其应用于具有未知非线性输
出相关扰动的伺服系统. 对于扰动信号, 仅设其满足
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