一種基于插入式快速重復(fù)控制器的復(fù)合控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于插入式快速重復(fù)控制器的復(fù)合控制方法，用于諧波信號(hào)的無 靜差跟蹤或完全消除，屬于工業(yè)控制的重復(fù)控制器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于內(nèi)模原理的重復(fù)控制器能夠無靜差跟蹤周期參考信號(hào)或擾動(dòng)而被研究人員 廣泛關(guān)注。一般的重復(fù)控制器采用延時(shí)一個(gè)基波周期T的延時(shí)環(huán)節(jié)構(gòu)造基波周期信號(hào)的內(nèi) 模，并將之插入到控制回路中，從而無靜差跟蹤或消除基波周期為T的信號(hào)或其各次諧波 信號(hào)。但是重復(fù)控制器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢一直是研究人員解決的難題。目前提高重復(fù)控制器動(dòng) 態(tài)性的方法為采用修改內(nèi)模延時(shí)時(shí)間的針對(duì)某些特定次數(shù)的諧波無靜差跟蹤或消除的特 殊重復(fù)控制器，但是這種重復(fù)控制器只是針對(duì)部分諧波，不能對(duì)所有次諧波起作用，不具有 通用性。由重復(fù)控制器和其他控制器共同構(gòu)成的復(fù)合控制策略是也是解決重復(fù)控制動(dòng)態(tài)響 應(yīng)慢的一種方法，但是這種方法仍然不能改變重復(fù)控制器動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢的特點(diǎn)。因此，有必要 發(fā)明一種動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，又能夠?qū)λ写沃C波無靜差跟蹤或消除的重復(fù)控制技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提出一種基于插入式快速重復(fù)控制器的復(fù)合控制方法及系統(tǒng)，該 方法及系統(tǒng)能夠?qū)λ谢ㄕ麛?shù)次諧波信號(hào)進(jìn)行完全跟蹤或消除，同時(shí)具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度 遠(yuǎn)快于一般重復(fù)控制器的特點(diǎn)。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0005] -種基于插入式快速重復(fù)控制器的復(fù)合控制方法，所述方法如下：
[0006] 減法環(huán)：將系統(tǒng)參考信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)際輸出相減后輸出；
[0007] 前饋增益模塊：將重復(fù)控制器的輸入量經(jīng)前饋增益模塊后輸出；
[0008] 重復(fù)控制增益模塊：將重復(fù)控制器的輸入量經(jīng)過重復(fù)控制增益得到重復(fù)控制增益 模塊的輸出量，通過調(diào)節(jié)重復(fù)控制增益實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)所述重復(fù)控制器輸出信號(hào)與參考信號(hào)之間 誤差的收斂速度；
[0009] 第一加法環(huán)：將重復(fù)控制增益模塊的輸出量與內(nèi)模延時(shí)模塊的輸出量相加得到加 法環(huán)的輸出量；
[0010] 內(nèi)模常數(shù)模塊或內(nèi)模低通濾波器：第一加法環(huán)的輸出量經(jīng)過內(nèi)模常數(shù)模塊或低通 濾波器后得到內(nèi)模延時(shí)模塊的輸入量；
[0011] 內(nèi)模延時(shí)模塊：將內(nèi)模常數(shù)模塊或低通濾波器的輸出量經(jīng)過一個(gè)周期的延時(shí)后得 到補(bǔ)償器的輸入量；
[0012] 補(bǔ)償器模塊：將模延時(shí)模塊的輸出量經(jīng)低通濾波器和整數(shù)或分?jǐn)?shù)相位超前補(bǔ)償后 輸出，低通濾波器的參數(shù)按所要跟蹤或消除的諧波次數(shù)確定，相位超前補(bǔ)償模塊參數(shù)按低 通濾波器和被控對(duì)象的相位滯后情況確定；
[0013] 第二加法環(huán)：將補(bǔ)償器模塊的輸出和前饋增益環(huán)節(jié)的輸出相加后作為插入式快速 重復(fù)控制器的輸出；
[0014] 反饋控制模塊：插入式快速重復(fù)控制器的輸出信號(hào)經(jīng)反饋控制模塊后輸出到被控 對(duì)象；
[0015] 被控對(duì)象模塊：將反饋控制器輸出信號(hào)經(jīng)被控對(duì)象模塊后得到第三加法環(huán)的輸入 量；
[0016] 第三加法環(huán)：將被控對(duì)象的輸出量與擾動(dòng)量相加后輸出。
[0017] 優(yōu)選地，所述插入式快速重復(fù)控制器當(dāng)內(nèi)模常數(shù)為1或零相位地低通濾波器時(shí)， 在頻域內(nèi)可以分解為一個(gè)負(fù)比例項(xiàng)，一個(gè)積分項(xiàng)和無窮多個(gè)諧振項(xiàng)，公式描述如下：
[0018]
[0019] 其中次為重復(fù)控制增益，T。為展開式積分常數(shù)，ω。為基波頻率，n為諧波次數(shù)。
[0020] 優(yōu)選地，所述前饋增益模塊為一比例常數(shù)，其增益為<(<>-1^/2)，此比例常數(shù)能 夠減少式（1)中負(fù)比例項(xiàng)在動(dòng)態(tài)響應(yīng)中的負(fù)作用，并聯(lián)之后構(gòu)成插入式快速重復(fù)控制器， 其頻域表達(dá)式為：
[0021]
[0022] 其中，式⑵右邊第一項(xiàng)為正比例項(xiàng)，第二項(xiàng)為積分項(xiàng)，第三項(xiàng)為多諧振項(xiàng)，新的 重復(fù)控制器稱為插入式快速重復(fù)控制器，其等效為一個(gè)比例積分多諧振控制器。
[0023] 優(yōu)選地，所述插入式快速重復(fù)控制器離散傳遞函數(shù)如下：
[0024]
[0025] 其中，U(Z)為插入式快速重復(fù)控制器的輸出量，e(z)為重復(fù)控制器的輸入量，即 控制系統(tǒng)的誤差量，z為離散時(shí)間系統(tǒng)的z變換的變量，Q (z)為小于等于1的常數(shù)或零相位 低通濾波器，N = fs/f。為整數(shù)，f s為采樣頻率，f。為基波頻率。
[0026] 優(yōu)選地，所述重復(fù)控制器的整個(gè)控制系統(tǒng)從參數(shù)輸入到參考輸出的離散傳遞函數(shù) 為：
[0028] 系統(tǒng)穩(wěn)定需滿足以下兩個(gè)條件：
[0029]
[0030]
[0031] 對(duì)于①，通過設(shè)計(jì)前饋增益模塊系數(shù)kp滿足；
[0032] 對(duì)于②，需要滿足以下不等式：
[0033]
[0034] 因此，選擇適當(dāng)?shù)闹貜?fù)控制器I、補(bǔ)償器S(z)和重復(fù)控制器內(nèi)模Q(z)能夠使系統(tǒng) 穩(wěn)定；
[0035] 其中，為滿足①，只需要根據(jù)被控對(duì)象Gp(Z)，即可簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)出滿足系統(tǒng)要求的k p;
[0036] 有眾多kp都滿足要求①的情況下，根據(jù)①選擇kp的具體值，使G id(Z)在低頻段的 增益為常數(shù)為最佳。
[0037] -種基于插入式快速重復(fù)控制器的復(fù)合控制系統(tǒng)，包括插入式快速重復(fù)控制器， 插入式快速重復(fù)控制器前饋增益模塊、重復(fù)控制增益模塊、正反饋增益模塊、兩個(gè)加法環(huán)、 內(nèi)模常數(shù)模塊或內(nèi)模低通濾波器、內(nèi)模延時(shí)模塊、補(bǔ)償器模塊，兩個(gè)加法環(huán)分別為第一加法 環(huán)和第二加法環(huán)，其中，重復(fù)控制增益模塊的輸入端作為所述重復(fù)控制器的輸入端和前饋 增益模塊的輸入端，重復(fù)控制增益模塊的輸出端接第一加法環(huán)的輸入端，第一加法環(huán)的輸 出端接重復(fù)控制器內(nèi)模常數(shù)模塊或內(nèi)模低通濾波器的輸入端，內(nèi)模常數(shù)模塊或內(nèi)模低通濾 波器的輸出端接內(nèi)模延時(shí)模塊的輸入端，內(nèi)模延時(shí)模塊的輸出端接補(bǔ)償器模塊的輸入端， 內(nèi)模延時(shí)模塊的輸出端同時(shí)接第一加法環(huán)的輸入端，補(bǔ)償器模塊的輸出端接第二加法環(huán)的 輸入端，前饋增益模塊的輸出端接第二加法環(huán)的輸入端，第二加法環(huán)的輸出端作為插入式 快速重復(fù)控制器的輸出端；還包括減法環(huán)模塊、第三加法環(huán)模塊、反饋控制器模塊和被控對(duì) 象模塊，其中，參考信號(hào)作為減法環(huán)的正輸入，整個(gè)復(fù)合控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)作為減法環(huán)的 負(fù)輸入，減法環(huán)的輸出作為插入式重復(fù)控制器的輸入，插入式重復(fù)控制器的輸出作為反饋 控制器的輸入，反饋控制器的輸出端經(jīng)被控對(duì)象后接第三加法環(huán)的輸入，同時(shí)擾動(dòng)信號(hào)作 為第三加法環(huán)的輸入，第三加法環(huán)的輸出作為整個(gè)復(fù)合控制系統(tǒng)的輸出。
[0038] 優(yōu)選地，所述補(bǔ)償器包含整數(shù)相位超前環(huán)節(jié)或分?jǐn)?shù)相位超前環(huán)節(jié)，和低通濾波器。
[0039] 優(yōu)選地，所述內(nèi)模延時(shí)模塊為數(shù)字延時(shí)模塊。
[0040] 優(yōu)選地，所述內(nèi)模常數(shù)模塊為小于等于1的常數(shù)，所述內(nèi)模低通濾波器為零相位 低通濾波器。
[0041] 優(yōu)選地，所述前饋增益模塊為一比例常數(shù)，等效為比例環(huán)節(jié)。
[0042] 本發(fā)明的有益效果是：
[0043] 本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于引入的前饋增益模塊與傳統(tǒng)重復(fù)控制器并聯(lián)，消除了重復(fù)控制器 中負(fù)比例項(xiàng)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢的影響，采用復(fù)合控制策略，提高了系統(tǒng)的控制帶寬和動(dòng)態(tài)響 應(yīng)速度。具體為
[0044] 1、本發(fā)明所提出的基于插入式快速重復(fù)控制器的復(fù)合控制策略可以針對(duì)任意次 諧波信號(hào)進(jìn)行無誤差跟蹤或擾動(dòng)消除，具有通用性。
[0045] 2、插入式快速重復(fù)控制器的前饋增益模塊在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，提高重復(fù)控 制器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度；
[0046] 3、基于插入式快速重復(fù)控制器的復(fù)合控制方法擴(kuò)大了整個(gè)控制系統(tǒng)的控制帶寬， 增加動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。
【附圖說明】
[0047] 圖1為本發(fā)明的基于插入式快速重復(fù)控制器的復(fù)合控制方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0049] 如圖1所示，本發(fā)明的基于插入式快速重復(fù)控制器的復(fù)合控制系統(tǒng)，包括插入式 快速重復(fù)控制器，插入式快速重復(fù)控制器前饋增益模塊、重復(fù)控制增益模塊、正反饋增益模 塊、兩個(gè)加法環(huán)、內(nèi)模常數(shù)模塊或內(nèi)模低通濾波器、內(nèi)模延時(shí)模塊、補(bǔ)償器模塊，兩個(gè)加法環(huán) 分別為第一加法環(huán)和第二加法環(huán)，其中，重復(fù)控制增益模塊的輸入端作為所述重復(fù)控制器 的輸入端和前饋增益模塊的輸入端，重復(fù)控制增益模塊的輸出端接第一加法環(huán)的輸入端， 第一加法環(huán)的輸出端接重復(fù)控制器內(nèi)模常數(shù)模塊或內(nèi)模低通濾波器的輸入端，內(nèi)模常數(shù)模 塊或內(nèi)模低通濾波器的輸出端接內(nèi)模延時(shí)模塊的輸入端，內(nèi)模延時(shí)模塊的輸出端接補(bǔ)償器 模塊的輸入端，內(nèi)模延時(shí)模塊的輸出端同時(shí)接第一加法環(huán)的輸入端，補(bǔ)償器模塊的輸出端 接第二加法環(huán)的輸入端，前饋增益模塊的輸出端接第二加法環(huán)的輸入端，第二加法環(huán)的輸 出端作為插入式快速重復(fù)控制器的輸出端；還包括減法環(huán)模塊、第三加法環(huán)模塊、反饋控制 器模塊和被控對(duì)象模塊，其中，參考信號(hào)作為減法環(huán)的正輸入，整個(gè)復(fù)合控制系統(tǒng)的輸出信 號(hào)作為減法環(huán)的負(fù)輸入，減法環(huán)的輸出作為插入式重復(fù)控制器的輸入，插入式重復(fù)控制器 的輸出作為反饋控制器的輸入，反饋控制器的輸出端經(jīng)被控對(duì)象后接第三加法環(huán)的輸入， 同時(shí)擾動(dòng)信號(hào)作為第三加法環(huán)的輸入，第三加法環(huán)的輸出作為整個(gè)復(fù)合控制系統(tǒng)的輸出。
[0050] 補(bǔ)償器包含整數(shù)相位超前環(huán)節(jié)或分?jǐn)?shù)相位超前環(huán)節(jié)，和低通濾波器。
[0051] 內(nèi)模延時(shí)模塊為數(shù)字延時(shí)模塊。
[0052] 內(nèi)模常數(shù)模塊為小于等于1的常數(shù)，所述內(nèi)模低通濾波器為零相位低通濾波器。
[0053] 前饋增益模塊為一比例常數(shù)，等效為比例環(huán)節(jié)。
[0054] 本發(fā)明的基于插入式快速重復(fù)控制器的復(fù)合控制方法如下：
[0055] 減法環(huán)：將系統(tǒng)參考信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)際輸出相減后輸出；
[0056] 前饋增益模塊：將重復(fù)控制器的輸入量經(jīng)前饋增益模塊后輸出；
[0057] 重復(fù)控制增益模塊：將重復(fù)控制器的輸入量經(jīng)過重復(fù)控制增益得到重復(fù)控制增益 模塊的輸出量，通過調(diào)節(jié)重復(fù)控制增益實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)所述重復(fù)控制器輸出信號(hào)與參考信號(hào)之間 誤差的收斂速度；
[0058] 第一加法環(huán)：將重復(fù)控制增益模塊的輸出量與內(nèi)模延時(shí)模塊的輸出量相加得到加 法環(huán)的輸出量；
[0059] 內(nèi)模常數(shù)模塊或內(nèi)模