低頻線振動(dòng)臺(tái)的重復(fù)控制研究.pdf

1、低頻線振動(dòng)臺(tái)是用來(lái)對(duì)慣導(dǎo)系統(tǒng)及慣性儀表進(jìn)行誤差模型標(biāo)定的一種重要的測(cè)試設(shè)備。為了給慣性系統(tǒng)及儀表提供已知精度范圍內(nèi)的輸入加速度，這就要求低頻線振動(dòng)臺(tái)具有較低的加速度失真度。然而，作用于低頻線振動(dòng)臺(tái)的干擾力會(huì)使得其加速度失真度增大。因此，如何有效抑制或消除干擾力對(duì)振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)的影響是亟待解決的問(wèn)題。對(duì)于永磁直線同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的低頻線振動(dòng)臺(tái)來(lái)說(shuō)，干擾力主要表現(xiàn)為摩擦力和電機(jī)的推力波動(dòng)?？紤]到低頻線振動(dòng)臺(tái)的工作方式是往復(fù)運(yùn)動(dòng)，即其輸入信號(hào)為周期性

2、信號(hào)，因而作用于系統(tǒng)的干擾力也是周期性函數(shù)。另一方面，重復(fù)學(xué)習(xí)控制策略具有“在重復(fù)中學(xué)習(xí)”的特點(diǎn)，這使得它非常適用于跟蹤周期信號(hào)或抑制周期擾動(dòng)。因此，基于重復(fù)控制的低頻線振動(dòng)臺(tái)的研究，不僅具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，還具有非常重要的理論意義。
　　作者作為主要技術(shù)人員參與完成了哈爾濱工業(yè)大學(xué)985學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目“低頻線振動(dòng)臺(tái)”的研制工作，并在此基礎(chǔ)上，提出了幾種提高低頻線振動(dòng)臺(tái)精度的重復(fù)控制方法。本文的主要工作可以概括如下：
　　

3、首先介紹了低頻線振動(dòng)臺(tái)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；根據(jù)要求的性能指標(biāo)選定系統(tǒng)中除控制器外的其它各個(gè)環(huán)節(jié)的模型參數(shù)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)系統(tǒng)的電流環(huán)控制器、速度環(huán)控制器和位置環(huán)控制器；通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)現(xiàn)后的低頻線振動(dòng)臺(tái)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行測(cè)試，并測(cè)得系統(tǒng)的跟蹤誤差和加速度失真度，測(cè)試結(jié)果表明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。
　　針對(duì)低頻線振動(dòng)臺(tái)的參考輸入信號(hào)和干擾力是周期性信號(hào)，在低頻線振動(dòng)臺(tái)中引入離散重復(fù)控制器，用于提高系統(tǒng)的跟蹤性能。首先，分析離散重復(fù)控制系統(tǒng)的穩(wěn)

4、定性和位置誤差收斂性，在此基礎(chǔ)上給出了離散重復(fù)控制器參數(shù)選擇的依據(jù)。然后，在離散重復(fù)控制器的時(shí)滯環(huán)節(jié)中串聯(lián)一個(gè)超前補(bǔ)償環(huán)節(jié)，分析所得離散重復(fù)控制系統(tǒng)對(duì)周期性外部信號(hào)的跟蹤/抑制性能，而且給出超前補(bǔ)償環(huán)節(jié)參數(shù)選擇的依據(jù)。
　　針對(duì)低頻線振動(dòng)臺(tái)中存在系統(tǒng)模型的參數(shù)不確定性和摩擦力的非參數(shù)化不確定性，基于函數(shù)逼近技術(shù)提出了一種自適應(yīng)重復(fù)學(xué)習(xí)控制律。首先，利用函數(shù)逼近技術(shù)將系統(tǒng)中摩擦力的非參數(shù)化不確定性表達(dá)為正交函數(shù)的線性組合。然后利用自

5、適應(yīng)機(jī)制對(duì)系統(tǒng)模型的未知參數(shù)和線性組合中的未知參數(shù)進(jìn)行估計(jì)；利用重復(fù)控制項(xiàng)改善對(duì)周期性輸入信號(hào)/干擾力的跟蹤/抑制性能。采用Lyapunov穩(wěn)定性理論設(shè)計(jì)的自適應(yīng)重復(fù)學(xué)習(xí)控制律保證了系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性及位置跟蹤誤差的收斂性。
　　針對(duì)低頻線振動(dòng)臺(tái)不僅存在系統(tǒng)模型的參數(shù)不確定性和摩擦力的非參數(shù)化不確定性，而且存在被控對(duì)象、推力波動(dòng)的非參數(shù)化不確定性和未知的外部干擾，基于模糊基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)提出一種自適應(yīng)重復(fù)學(xué)習(xí)控制方法。采用模糊基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)逼

6、近低頻線振動(dòng)臺(tái)的非參數(shù)化不確定性及未知的外部干擾，將非參數(shù)化不確定性和未知的外部干擾的辨識(shí)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為模糊基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)權(quán)系數(shù)的辨識(shí)問(wèn)題。利用自適應(yīng)律對(duì)系統(tǒng)模型的未知參數(shù)和模糊規(guī)則的未知參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。采用Lyapunov穩(wěn)定性理論設(shè)計(jì)的自適應(yīng)重復(fù)學(xué)習(xí)控制律保證了系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性及跟蹤性能。
　　針對(duì)上述的自適應(yīng)重復(fù)控制律包含許多控制參數(shù)，需要反復(fù)的試湊才能得到合適的控制參數(shù)，本文基于積分滑模提出一種重復(fù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，用于減少控制器中

7、試湊參數(shù)的個(gè)數(shù)，并且補(bǔ)償系統(tǒng)的不確定性。首先，將直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的模型擴(kuò)展為一類(lèi)非匹配不確定性系統(tǒng)。將重復(fù)控制器和狀態(tài)控制器引入所得到的系統(tǒng)中，從而得到重復(fù)控制系統(tǒng)。然后，將重復(fù)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為時(shí)滯系統(tǒng)，以線性矩陣不等式（LMI）的形式給出時(shí)滯系統(tǒng)穩(wěn)定性的充分條件?；谒玫降某浞謼l件，將設(shè)計(jì)重復(fù)控制器中低通濾波器和狀態(tài)控制器的問(wèn)題轉(zhuǎn)換成一個(gè)含有 LMI約束條件的線性優(yōu)化問(wèn)題。最后，基于廣義奇異值最小化的方法，提出一種迭代算法，用于計(jì)算低