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离散时间系统控制器设计的吸引律方法与实现

离散时间系统控制器设计的吸引律方法与实现

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作者：胡志云浙江工业大学

学位级别：硕士

作为现代工业生产的重要设备之一,交流伺服系统具有稳定性强、精度高和快速性好等特点,但参数摄动和外部干扰会对控制性能带来不利影响。实际系统中常用的滑模控制技术能够抑制满足匹配条件的外部干扰,从而提高系统控制性能。在此基础上... 详细信息

作为现代工业生产的重要设备之一,交流伺服系统具有稳定性强、精度高和快速性好等特点,但参数摄动和外部干扰会对控制性能带来不利影响。实际系统中常用的滑模控制技术能够抑制满足匹配条件的外部干扰,从而提高系统控制性能。在此基础上,论文研究适用于位置伺服系统的离散控制器设计方法,实现对重复轨迹的精确跟踪以及外部干扰的有效抑制,进而提高伺服电机控制性能。论文的主要工作包括以下方面:1.提出无切换吸引律避免系统抖振,并将干扰抑制措施嵌入吸引律中构建理想误差动态,同时设计离散控制器用于完成跟踪任务。推导跟踪误差的单调减区间、绝对吸引层、稳态误差带以及收敛步数等性能指标的具体表达式,用于刻画系统的瞬态和稳态性能以及整定控制器的参数。数值仿真验证了所提方法的有效性以及性能指标表达式的准确性。2.采用以跟踪误差为变量的偶函数代替吸引律中的比例系数,构建参数自整定的无切换吸引律,包括无切换变速吸引律和无切换快速吸引律。构建理想误差动态和设计离散控制器,并推导用于描述系统跟踪性能的具体指标表达式,并在此基础上进行控制器参数整定。数值仿真验证了所提方法的有效性和性能指标表达式的准确性。3.提出增强切换吸引律,采用参数自整定的非线性函数优化指数吸引律中的常数项系数。与无切换吸引律相比,该方法能够在提高跟踪误差收敛速度的同时,抑制控制器抖振并提高系统的稳态精度。推导能够表征系统跟踪性能的具体指标表达式,并与指数趋近律进行对比。数值仿真验证了所提方法的有效性和性能指标表达式的准确性。4.针对实际控制系统中的未知扰动问题,在反馈控制的基础上改进干扰抑制措施,提出干扰差分补偿策略。依据参考轨迹的具体形式选择相应的干扰补偿,实现对指定轨迹的精确跟踪。此外,针对控制系统中的周期扰动,采用重复控制技术设计基于吸引律的离散重复控制器,消除周期扰动的影响,提高系统的稳态跟踪精度。数值仿真验证了所提方法的有效性。5.在永磁同步电机平台上完成所提几种吸引律的实验验证。实验结果表明:(1)采用干扰差分补偿策略的控制器能够实现对指定轨迹的精确跟踪;(2)相比于反馈控制器,重复控制器能够更好的抑制周期扰动;(3)相比于趋近律方法,所提吸引律方法能够保证系统具有更好的瞬态和稳态性能;(4)相同控制器参数下,增强切换吸引律能够提高系统的瞬态响应速度。

关键词：离散时间控制器无切换吸引律理想误差动态重复控制永磁同步电机

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