针对于高阶柔性机电运动对象的位移跟踪控制方法及系统技术方案

本申请公开了一种针对于高阶柔性机电运动对象的位移跟踪控制方法，包括接收输入的目标位移信号和传感器发送的高阶柔性机电运动对象的实际输出位移信号；获取目标位移信号的各阶微分信号以及实际输出位移信号的各阶输出观测信号；根据各阶微分信号以及各阶输出观测信号计算初始控制量；根据初始控制量以及总扰动观测信号计算总控制量；各阶输出观测信号以及总扰动观测信号均根据总控制量和实际输出位移信号而计算生成；将总控制量输出至高阶柔性机电运动对象以便调节实际输出位移信号。本申请能有效提高控制精度，改善对目标位移的跟踪效果并提高适用性。本申请还公开了一种针对于高阶柔性机电运动对象的位移跟踪控制系统，也具有上述有益效果。

Displacement tracking control method and system for high-order flexible electromechanical moving object

This application discloses a displacement tracking control method for a high-order flexible electromechanical moving object, including receiving the input target displacement signal and the actual output displacement signal of the high-order flexible electromechanical moving object transmitted by the sensor, obtaining the differential signals of the target displacement signal and the output observation signals of the actual output displacement signal, and according to the differential signals of each order and the actual output displacement signal. The initial control quantity is calculated by the output observation signal of each order; the total control quantity is calculated by the initial control quantity and the total disturbance observation signal; the output observation signal and the total disturbance observation signal are calculated and generated by the total control quantity and the actual output displacement signal; and the total control quantity is output to the high-order flexible electromechanical moving object in order to adjust the actual output displacement signal. This application can effectively improve control accuracy, tracking effect of target displacement and applicability. The application also discloses a displacement tracking control system for high-order flexible electromechanical moving objects, which also has the above beneficial effects.

【技术实现步骤摘要】
针对于高阶柔性机电运动对象的位移跟踪控制方法及系统
本申请涉及自动控制
，特别涉及一种针对于高阶柔性机电运动对象的位移跟踪控制方法及系统。
技术介绍
在自动控制
中，高阶柔性机电运动对象的位移跟踪控制一直是一个难题，特别是在外界扰动存在的情况下，其实际输出的位移总是很难跟踪实现预期目标。实际上，系统输入信号的微分信息对于控制性能的提升具有重要价值。传统的微分器存在有严重的噪声放大问题，以致无法从被噪声污染的输入信号中提取有用的微分信号；而自抗扰控制技术中所采用的跟踪微分器(TD)虽然可得到高品质的微分信号，但其仅限于系统输入信号的一阶微分信号，只适用于二阶及二阶以下的被控系统，无法通过获取更高阶的微分信息而提高对高阶柔性机电运动对象的控制效果。鉴于此，提供一种解决上述问题的技术已经成为本领域技术人员所亟需关注的。
技术实现思路
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种针对于高阶柔性机电运动对象的位移跟踪控制方法及系统，以便有效提高对高阶柔性机电运动对象的位移控制效果，提高适用性。其具体方案如下：第一方面，本申请公开了一种针对于高阶柔性机电运动对象的位移跟踪控制方法，包括：接收输入的目标位移信号和传感器发送的所述高阶柔性机电运动对象的实际输出位移信号；获取所述目标位移信号的各阶微分信号以及所述实际输出位移信号的各阶输出观测信号；根据各阶所述微分信号以及各阶所述输出观测信号计算初始控制量；根据所述初始控制量以及总扰动观测信号计算总控制量；各阶所述输出观测信号以及所述总扰动观测信号均根据所述总控制量和所述实际输出位移信号而计算生成；将所述总控制量输出至所述高阶柔性机电运动对象，以便将所述实际输出位移信号调节为所述目标位移信号的误差小于预设误差阈值。可选地，所述根据各阶所述微分信号以及各阶所述输出观测信号计算初始控制量包括：根据计算所述初始控制量u0；其中，ki+1为控制参数；i＝0,1,…,n-1；ri为目标位移信号r的第i阶微分信号；zi+1为实际输出位移信号y的第i阶输出观测信号；所述根据所述初始控制量以及总扰动观测信号计算总控制量包括：根据或者计算所述总控制量u；其中，u0为初始控制量；zn+1为总扰动观测信号；b0为系统增益系数。可选地，各阶所述输出观测信号以及所述总扰动观测信号具体根据下式计算生成：其中，zi+1为实际输出位移信号y的第i阶输出观测信号；i＝0,1,…,n-1；zn+1为总扰动观测信号；lj为输出观测系数；j＝0,1,…,n,n+1；b0为系统增益系数；u为总控制量。可选地，各阶所述输出观测信号以及所述总扰动观测信号具体通过p个串联的q阶状态观测器而计算生成；其中，可选地，可选地，各阶所述输出观测信号以及所述总扰动观测信号具体根据下式计算生成：和其中，t＝1,2,…,p-1；k∈N+,1≤k≤q，z0k＝y，y为实际输出位移信号；b0为系统增益系数；u为总控制量；lvs为输出观测系数，v＝1,2,…,p；s＝1,…,q。可选地，所述获取所述目标位移信号的各阶微分信号包括：对微分控制量连续进行n次积分以获取所述目标位移信号的跟踪信号；所述微分控制量为根据所述目标位移信号以及所述目标位移信号的各阶所述微分信号而计算生成；根据所述微分控制量和所述跟踪信号进行n阶状态观测，以获取所述跟踪信号的各阶输入观测信号，作为所述目标位移信号的各阶所述微分信号。可选地，所述微分控制量具体根据下式计算生成：ur＝β0(r-r0)-β1r1-…-βn-1rn-1；其中，ur为微分控制量；r为目标位移信号；ri为目标位移信号r的第i阶微分信号；i＝0,1,…,n-1；βi为微分控制参数。可选地，所述根据所述微分控制量和所述跟踪信号进行n阶状态观测，以获取所述跟踪信号的各阶输入观测信号，作为所述目标位移信号的各阶所述微分信号包括：根据计算所述跟踪信号ry的各阶所述输入观测信号zr(i+1)；其中，βr(i+1)为输入观测参数；i＝0,1,…,n-1；根据ri＝zr(i+1)获取所述目标位移信号r的各阶所述微分信号ri。第二方面，本申请还公开了一种针对于高阶柔性机电运动对象的位移跟踪控制系统，包括控制设备、传感器和所述高阶柔性机电运动对象；所述传感器用于检测所述高阶柔性机电运动对象的实际输出位移信号，并发送至所述控制设备；所述控制设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序以实现如上所述的任一种针对于高阶柔性机电运动对象的位移跟踪控制方法的步骤。本申请通过接收输入的目标位移信号和传感器发送的所述高阶柔性机电运动对象的实际输出位移信号；获取所述目标位移信号的各阶微分信号以及所述实际输出位移信号的各阶输出观测信号；根据各阶所述微分信号以及各阶所述输出观测信号计算初始控制量；根据所述初始控制量以及总扰动观测信号计算总控制量；各阶所述输出观测信号以及所述总扰动观测信号均根据所述总控制量和所述实际输出位移信号而计算生成；将所述总控制量输出至所述高阶柔性机电运动对象，以便将所述实际输出位移信号调节为所述目标位移信号的误差小于预设误差阈值。本申请在对高阶柔性机电运动对象进行位移跟踪控制时，利用目标位移信号的各阶微分信号对实际输出位移信号进行调节，并结合实际输出位移信号的各阶输出观测信号进行了补偿控制，能够有效地针对性克服高阶柔性机电运动对象的高阶非线性影响，提高控制精度，进而改善对目标位移的跟踪效果并提高了适用性。本申请所提供的针对于高阶柔性机电运动对象的位移跟踪控制系统，也同样具有上述有益效果。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本申请公开的针对于高阶柔性机电运动对象的位移跟踪控制方法的流程图；图2为本申请公开的针对于高阶柔性机电运动对象的位移跟踪控制方法的控制原理图；图3为本申请公开的一种对实际输出位移信号进行状态观测的示意图；图4为本申请公开的获取微分信号的方法的原理图；图5为本申请公开的获取微分信号的方法在一具体实施方式中的示意图；图6为与图5对应的单位阶跃信号的跟踪效果图；图7为与图5对应的单位阶跃信号的一阶微分效果图；图8为与图5对应的单位阶跃信号的二阶微分效果图；图9为与图5对应的单位阶跃信号的滤波效果图；图10为与图5对应的单位正弦信号的跟踪效果图；图11为与图5对应的单位正弦信号的一阶微分效果图；图12为与图5对应的单位正弦信号的二阶微分效果图；图13为本申请公开的获取微分信号的方法在另一具体实施方式中的示意图；图14为与图13对应的单位阶跃信号的微分效果图；图15为本申请公开的针对于高阶柔性机电运动对象的位移跟踪控制方法在一具体实施方式中的单位阶跃响应效果图；图16为本申请公开的针对于高阶柔性机电运动对象的位移跟踪控制系统的一种结构框图。具体实施方式本申请的核心在于提供一种针对于高阶柔性机电运动对象的位移跟踪控制方法及系统，以便有效提高对高阶柔性机电运动对象的位移控制效果，提高适用性。下面将结合本申请实施例中的附图，对本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对于高阶柔性机电运动对象的位移跟踪控制方法，其特征在于，包括：接收输入的目标位移信号和传感器发送的所述高阶柔性机电运动对象的实际输出位移信号；获取所述目标位移信号的各阶微分信号以及所述实际输出位移信号的各阶输出观测信号；根据各阶所述微分信号以及各阶所述输出观测信号计算初始控制量；根据所述初始控制量以及总扰动观测信号计算总控制量；各阶所述输出观测信号以及所述总扰动观测信号均根据所述总控制量和所述实际输出位移信号而计算生成；将所述总控制量输出至所述高阶柔性机电运动对象，以便将所述实际输出位移信号调节为所述目标位移信号的误差小于预设误差阈值。

【技术特征摘要】
1.一种针对于高阶柔性机电运动对象的位移跟踪控制方法，其特征在于，包括：接收输入的目标位移信号和传感器发送的所述高阶柔性机电运动对象的实际输出位移信号；获取所述目标位移信号的各阶微分信号以及所述实际输出位移信号的各阶输出观测信号；根据各阶所述微分信号以及各阶所述输出观测信号计算初始控制量；根据所述初始控制量以及总扰动观测信号计算总控制量；各阶所述输出观测信号以及所述总扰动观测信号均根据所述总控制量和所述实际输出位移信号而计算生成；将所述总控制量输出至所述高阶柔性机电运动对象，以便将所述实际输出位移信号调节为所述目标位移信号的误差小于预设误差阈值。2.根据权利要求1所述的位移跟踪控制方法，其特征在于，所述根据各阶所述微分信号以及各阶所述输出观测信号计算初始控制量包括：根据计算所述初始控制量u0；其中，ki+1为控制参数；i＝0,1,…,n-1；ri为目标位移信号r的第i阶微分信号；zi+1为实际输出位移信号y的第i阶输出观测信号；所述根据所述初始控制量以及总扰动观测信号计算总控制量包括：根据或者计算所述总控制量u；其中，u0为初始控制量；zn+1为总扰动观测信号；b0为系统增益系数。3.根据权利要求1所述的位移跟踪控制方法，其特征在于，各阶所述输出观测信号以及所述总扰动观测信号具体根据下式计算生成：其中，zi+1为实际输出位移信号y的第i阶输出观测信号；i＝0,1,…,n-1；zn+1为总扰动观测信号；lj为输出观测系数；j＝0,1,…,n,n+1；b0为系统增益系数；u为总控制量。4.根据权利要求1所述的位移跟踪控制方法，其特征在于，各阶所述输出观测信号以及所述总扰动观测信号具体通过p个串联的q阶状态观测器而计算生成；其中，5.根据权利要求4所述的位移跟踪控制方法，其特征在于，6.根据权利要求4所述的位移跟踪控制方法，其特征在于，各阶所述输出观测信号以及所述总扰动观测信号具体根据下...

【专利技术属性】
技术研发人员：高健，刘亚超，张揽宇，钟永彬，王晓亮，张金迪，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44