用于离散滑模重复控制的新型趋近律

针对不确定离散时间系统, 提出一种新型的离散趋近律, 构造理想切换动态, 并基于理想切换动态设计离散滑模重复控制器. 在消除系统颤振的同时, 完全抑制周期扰动带来的影响, 改善控制品质. 分别推导了切换函数的绝对收敛层、单调收敛层和拟滑模带的边界, 用于刻画在不同控制器参数下闭环系统的趋近过程和拟滑模运动. 数值仿真和在伺服装置上的实验结果证实了所提出控制方法的有效性.     

带扰动补偿的无抖振离散重复控制器设计

针对周期离散系统的跟踪控制问题,提出一种有限时间单调收敛的无抖振吸引律,讨论扰动补偿措施并将其嵌入吸引律形成理想误差动态用于设计离散重复控制器.通过分析补偿误差上界说明扰动补偿措施能抑制重复控制未能消除的扰动,通过推导控制器稳态误差带说明吸引律的收敛性可使系统具有鲁棒稳定性.针对伺服电机系统的仿真与实验验证了设计工作的有效性.     

基于干扰补偿趋近律的离散滑模多周期重复控制

针对离散时间系统的多周期干扰抑制问题,提出一种离散滑模多周期重复控制器设计方法.利用非线性幂次函数设计新型离散趋近律,将周期差分等效干扰以加权形式嵌入到趋近律中,构造带干扰补偿作用的离散趋近律,并据此设计离散滑模多周期重复控制器.为了进行控制器参数整定和表征闭环系统的收敛性能,推导准滑模域边界层的表达式.所提出控制方法既能够消除多周期干扰信号,也能够减小准滑模域边界层.数值仿真验证了所提出控制方法的有效性.     

无抖振离散重复控制器的设计与实现

针对周期参考/干扰信号下的不确定离散时间系统,提出一种基于吸引律的重复控制方法,在吸引律中"嵌入"干扰抑制措施,构造理想误差动态,并基于此设计重复控制器.文中推导出单调减区域、绝对吸引层和稳态误差带边界的表达式,用于整定控制器参数和表征闭环系统的跟踪性能,并给出了跟踪误差在无干扰时收敛于原点及在干扰存在时收敛进入稳态误差带内所需最多步数的表达式.设计的重复控制器不仅能够完全抑制周期干扰信号,而且可以消除系统抖振.在电机实验装置上的应用结果表明了所提出控制方法的有效性.     

高速磁悬浮机床主轴的离散变结构控制

研究了高速磁悬浮机床主轴的变结构控制, 建立了考虑切削过程的主轴 磁轴承系统动力学模型, 并以磁轴承为控制对象, 设计了离散变结构控制器来抑制主轴振动. 仿真结果表明, 变结构控制律对于阶跃、冲击及切削等扰动具有很强的抑制能力, 对系统模型摄动及复杂加工过程具有良好的适应能力.     

离散时间系统重复控制的理想误差动态方法

针对周期参考信号下的离散时间系统, 引入吸引律构造理想误差动态特性, 并基于理想误差动态设计重复控制器. 重复控制能够实现周期性扰动的完全抑制, 从而提高控制能.为了消除颤振现象, 以饱和函数替换重复控制器中的符号函数. 分别推导了理想误差动态方程的单调减区域、吸引层和稳态误差带的边界, 用于刻画误差动态行为, 并给出了数值仿真结果. 在逆变器装置上完成的实验进一步表明了所提出的重复控制方法的有效性.

     

基于死区吸引律的离散重复控制

针对周期参考信号下的不确定离散时间系统,提出一种离散重复控制方法,利用死区函数设计新型的吸引律,将干扰补偿、抑制措施“嵌入”吸引律,构造理想误差动态,并基于此导出重复控制器。为了进行具体的控制器参数整定和表征闭环系统的误差动态行为,推导出了稳态误差带、单调减区域和绝对吸引层边界的表达式。所设计的离散重复控制器能够完全抑制周期对称干扰信号,控制器设计方法也适用于常值调节问题的定位控制。数值仿真及在电机伺服系统上的实验结果验证了所提出控制方法的有效性。     

基于约束输入变速吸引律的离散重复控制器设计

针对离散时间线性系统的周期跟踪问题, 提出一种能够约束控制输入变化速度的变速吸引律, 结合干扰抑制措施构造了理想误差动态, 并由此导出离散重复控制器. 分析表明, 该变速吸引律能使跟踪误差在有限时间内单调收敛至零, 且误差收敛速度可控. 为刻画误差动态行为, 推导了有界扰动下的误差单调收敛域、绝对值收敛域和稳态误差带, 并给出了收敛步数. 针对伺服电机系统的仿真与实验结果验证了所提出控制方案的有效性.

     

非仿射非线性离散系统的数据驱动二阶滑模解耦控制

针对传统二阶离散滑模变结构控制方法很难应用于模型未知系统的问题,提出了一种数据驱动二阶滑模解耦控制算法.该控制算法采用数据驱动的策略,运用系统的I/O数据,实时计算二阶离散滑模控制(2–DSMC)律.同时,运用观测器的思想,在控制器设计中引入离散扩张状态观测器(DESO),在线估计系统各回路间耦合、不确定性和外部扰动,进一步实现系统的解耦,改善控制品质.最后的理论分析和仿真结果表明,所提出的方法对于一般带有扰动和不确定性的非仿射非线性离散多入多出(MIMO)系统具有较好的解耦效果、渐进收敛的稳定性和较强的鲁棒性.     

DVD循轨重复控制器的设计及参数优化

在DVD循轨伺服控制系统中,碟片的偏心会对循轨误差信号TE(tracking errors)产生周期性的扰动.随着光盘转速的大大提高,该周期扰动会降低激光光头循轨的性能.为了有效的抑制该干扰,DVD循轨伺服控制系统引入了重复控制器.本文在稳定性条件的基础上设计重复控制器并提出参数优化的办法,通过仿真验证重复控制器能显著有效地抑制频率已知周期干扰信号.     

Disturbance compensation incorporated in predictive control system using a repetitive learning approach

In this paper, a disturbance compensation scheme is incorporated into a predictive control scheme using a repetitive learning approach. It has the following contributions. First, based on the assumption of the presence of both state and output disturbances, a predictive control algorithm is derived. Secondly, to estimate the disturbances, two feedforward disturbance learning schemes are proposed. Thirdly, the rigid mathematic proof is given to guarantee the convergence of the tracking error under the proposed disturbance learning laws used in conjunction with the predictive controller formulated. Finally, simulation results are provided to illustrate the good performance achievable by the proposed control law.     

Discrete terminal sliding mode repetitive control for a linear actuator with nonlinear friction and uncertainties

A robust discrete terminal sliding mode repetitive controller is proposed for a class of nonlinear positioning systems with parameter uncertainties and nonlinear friction. The terminal sliding mode control (TSMC) part is designed to improve the transient characteristics of the system, as well as the robustness against parameter uncertainties, nonperiodic nonlinearities, and disturbances. The repetitive control (RC) part is then integrated to eliminate the effects of the periodic uncertainties present in the system. Moreover, a pure phase lead compensator is incorporated into the RC to improve the tracking at high frequencies. A robust stability analysis and an analysis of the finite time convergence properties of the proposed controller are also provided in this paper. Simulation testing and an experimental validation using a linear actuator system with nonlinear friction and parameter uncertainties are conducted to verify the effectiveness of the proposed controller.     

重复学习控制及其在一类非线性系统中的应用

为跟踪或抑制仅周期已知的未知周期参考或扰动信号,提出一种新的重复学习控制方法,利用系统的稳态误差并通过迭代学习构造前馈补偿,实现了误差的渐近收敛,将所提出方法应用于一类常见的扰动信号和系统输出具有未知非线性关系的非线性系统,假设其满足连续里普希斯条件,利用重复学习控制器,系统的稳态误差可以减小到极低的程度,该方法控制精度高,实现简单,与传统的基于时延内模的重复控制方法相比,具有对非重复性干扰不敏感的优点,仿真结果验证了该方法的有效性。     

Dealing with periodic disturbances in controls of mechanical systems

Periodic disturbances are common in control of mechanical systems. Such disturbances may be due to rotational elements such as motors and vibratory elements. When the period of a periodic disturbance is fixed and known in advance, repetitive control can be used for attenuating their effect. The most popular repetitive controller is based on the internal model principle. When the period is not fixed and unknown, adaptation capability must be introduced. This paper presents some fundamental issues and new challenges in the design of controllers to deal with periodic disturbances along with applications to mechanical systems.     

DVD光驱聚焦伺服系统中的重复控制器

DVD伺服系统遇到的外扰含有明显的周期性成分，要求有行之有效的控制方法抑制之。其中聚焦系统的周期外扰主要由碟片的翘曲和厚度不均匀造成。在DVD聚焦系统中引入超前滞后补偿器以增加系统的低频增益和稳定裕量；在此基础上考虑聚焦机构参数的不确定性，以系统的稳定性为出发点，引入基本重复控制器和低通滤波器，改善了系统对周期扰动的抑制作用并提高了聚焦系统的跟踪精度。仿真结果验证了重复控制系统抑制周期已知的外扰的优越性。     

航天器自适应快速非奇异终端滑模容错控制

针对存在外部干扰、转动惯量矩阵不确定以及执行器故障的航天器姿态跟踪控制问题,本文提出了基于自适应快速非奇异终端滑模的有限时间收敛故障容错控制方案.通过引入能够避免奇异点,且具有有限时间收敛特性的快速非奇异终端滑模面,设计了满足多约束条件有限时间收敛的姿态跟踪容错控制律,利用参数自适应方法使控制器不依赖转动惯量和外部干扰的上界信息.Lyapunov稳定性分析表明:在存在外部干扰、转动惯量矩阵不确定以及执行器故障等约束条件下,本文设计的控制律能够保证闭环系统的快速收敛性,而且对执行器故障具有良好的容错性能.数值仿真校验了该控制律在姿态跟踪控制中的优良性能.     

Observer-based state tracking control of uncertain stochastic systems via repetitive controller

This paper develops the repetitive control scheme for state tracking control of uncertain stochastic time-varying delay systems via equivalent-input-disturbance approach. The main purpose of this work is to design a repetitive controller to guarantee the tracking performance under the effects of unknown disturbances with bounded frequency and parameter variations. Specifically, a new set of linear matrix inequality (LMI)-based conditions is derived based on the suitable Lyapunov–Krasovskii functional theory for designing a repetitive controller which guarantees stability and desired tracking performance. More precisely, an equivalent-input-disturbance estimator is incorporated into the control design to reduce the effect of the external disturbances. Simulation results are provided to demonstrate the desired control system stability and their tracking performance. A practical stream water quality preserving system is also provided to show the effectiveness and advantage of the proposed approach.