重复控制理论：内模原理与应用

"本文介绍了重复控制理论的基础知识，包括内模原理及其在电机控制等领域的应用。重复控制是一种基于内模的思想，通过在控制器中嵌入外部信号的动态模型，实现高精度的无静差跟踪控制。" 正文： 重复控制理论是控制工程中的一种重要策略，尤其在电机控制、机器人学、电力电子等领域有着广泛的应用。这一理论的核心是内模原理，其基本思想是将被控制系统的外部输入信号动态模型纳入到控制器内部，以形成一个封闭的控制系统。这样设计的目的是为了使系统能够精确跟踪输入信号，并对各种干扰做出快速有效的响应。 内模的实现是通过在反馈回路中包含一个与被控信号动态特性相匹配的模型。当外部输入信号为阶跃信号时，由于闭环系统中含有积分环节，系统能够消除稳态误差，实现无静差跟踪。对于周期性的信号，如单一频率的正弦信号，控制器内部构建相应频率的正弦模型，同样可以达到无静差跟踪的效果。 然而，实际应用中，系统的给定信号或扰动往往包含多种频率成分，例如机械手执行重复动作时遇到的复杂干扰信号。传统的内模控制方法可能会导致控制器结构过于复杂，难以实现。因此，研究者们发展了新的内模形式，以适应具有多种频率成分的信号，简化控制器设计，提高系统性能。 在电机控制中，重复控制可以有效抑制由于电机参数变化、负载波动等因素引起的动态误差，确保电机运行的稳定性和精度。对于负载为整流器的逆变电源系统，重复控制可以有效地抑制谐波干扰，改善系统的功率质量。此外，在机器人系统中，重复控制可以帮助机器人在重复任务中精确地复制每一个运动周期，提高作业的准确性和一致性。 重复控制理论是现代控制理论的重要组成部分，它通过对复杂动态环境的精确建模和控制，为解决实际工程问题提供了强有力的工具。通过不断的研究和发展，重复控制理论将在未来的自动化和智能化领域发挥更大的作用。