一种进给系统双位置环反馈的抗扰控制器

摘要

本发明公开了一种进给系统双位置环反馈的抗扰控制器，主要用于进给系统高速高精控制。此控制器采用电机旋转角位置θ_{M_list}与负载位置x_{L_list}反馈的双位置环反馈；反馈的两环都具有位置控制器和状态观测器；状态观测器在线实时的评估进给系统的总扰动并进行补偿，以获得较高的抗扰能力；在实时补偿总扰动基础上，利用输入信号与反馈测量信号的误差及其微分设计线性反馈率，以获得较高的控制带宽；此外，通过速度与加速度前馈，可进一步提高控制器的控制性能。因此，本发明具有较高的控制带宽、较高的抗干扰能力和较强的鲁棒性，此外，还具有算法简单、控制参数物理意义明确且易调试等特点。

主权项

一种进给系统双位置环反馈的抗扰控制器，其特征在于，所述控制器采用电机旋转角位置θ_{M_list}与负载位置x_{L_list}反馈的双位置环反馈，包括负载位置控制器(1)、电机位置控制器(3)、负载位置状态观测器(2)和电机位置状态观测器(4)；所述负载位置控制器(1)利用负载参考位置x_Lr与负载实际位置之间的误差e_L1及其微分误差e_L2设计线性反馈率，得到负载位置的控制量x_L0；所述负载位置状态观测器(2)利用电机角位置的等效直线位置x_{M_list}和负载的实测位置x_{L_list}评估得到负载位置的评估值Z_L1、负载速度的评估值Z_L2/Z_LR1以及负载位置反馈环的总扰动Z_L3/Z_LR2；所述电机位置控制器(3)利用电机位置指令信号x_Mr与电机实际位置之间的误差e_M1及其微分误差e_M2设计线性反馈率，得到电机位置的控制量x_M0；所述电机位置状态观测器(4)利用输入电机控制量u和电机的等效直线位置x_{M_list}评估得到电机等效直线位置的评估值Z_M1、电机等效直线速度的评估值Z_M2/Z_MR1以及电机位置反馈环的总扰动Z_M3/Z_MR2；所述的电机位置状态观测器(4)通过第二线性扩张状态观测器LESO(4.2)利用输入电机控制量u和电机等效直线位置x_{M_list}评估得到电机等效直线位置的评估值Z_M1、电机等效直线速度的评估值Z_M2以及电机位置反馈环的总扰动Z_M3，其算法如下：$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{.}{Z_{M1}}=Z_{M2}+{\beta }_{M1}(x_{M\_list}-Z_{M1})\\ \stackrel{.}{Z_{M2}}=Z_{M3}+{\beta }_{M2}(x_{M\_list}-Z_{M1})+b_{M0}u\\ \stackrel{.}{Z_{M3}}={\beta }_{M3}(x_{M\_list}-Z_{M1})\end{array}\right.$式中，b_M0表示电机位置反馈环中被控对象的控制增益，β_M1,β_M2,β_M3为观测器的增益，通过合适的选择，使得Z_M1→x_{M_list}，Z_M3→f，f为进给系统的总扰动，利用极点配置的方法，把状态观测器的极点都配置在‑ω_M0处，因此β_M1＝3ω_M0,或者按照ITAE准则，选择观测器增益β_M1＝1.75ω_M0,ω_M0表示观测器的带宽。