一种伺服运动系统的双回路迭代学习前馈控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种伺服运动系统的双回路迭代学习前馈控制系统及方法，该控制系统包括：第一运算器、反馈控制器、双回路迭代学习前馈控制器、第二运算器和被控对象；双回路迭代学习前馈控制器具有两个迭代回路，分别迭代更新内环迭代信号和外环迭代信号，前馈控制信号由内环迭代信号与外环迭代信号相加获得，当内环迭代收敛时，内环迭代信号更新为0，外环迭代信号更新为当前的前馈控制信号，内环开始新的迭代，直至轨迹跟踪误差满足要求，获得期望的前馈控制信号，以补偿重复性参考轨迹引入的伺服误差。本发明专利技术克服了鲁棒滤波器对现有迭代学习控制方法性能的制约，可完全消除重复性伺服误差，有效提高伺服运动系统的轨迹跟踪精度。有效提高伺服运动系统的轨迹跟踪精度。有效提高伺服运动系统的轨迹跟踪精度。

【技术实现步骤摘要】
一种伺服运动系统的双回路迭代学习前馈控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及伺服运动控制领域，特别是涉及一种伺服运动系统的双回路迭代学习前馈控制系统及方法。

技术介绍

[0002]伺服运动系统广泛应用于现代工业的各个领域，是众多加工与检测装备的核心部件之一；轨迹跟踪运动作为伺服运动系统的基本运动形式之一，其运动精度直接决定着加工与检测装备的性能；在伺服运动系统中，通常采用前馈控制来减小参考轨迹引入的轨迹跟踪误差，以提高轨迹跟踪运动精度。
[0003]对于执行重复性轨迹跟踪任务的伺服运动系统，迭代学习控制是一种十分可靠、有效的前馈控制方法；迭代学习控制根据上一次轨迹跟踪运动的前馈控制信号和轨迹跟踪误差，来修正下一次轨迹跟踪运动的前馈控制信号，通过多次迭代获得期望的前馈控制信号；但由于鲁棒滤波器的存在，现有迭代学习控制方法无法完全消除重复性轨迹跟踪误差，导致伺服运动系统的轨迹跟踪性能无法达到最优。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述
技术介绍
中问题，提供一种伺服运动系统的双回路迭代学习前馈控制系统及方法，克服鲁棒滤波器对迭代学习控制的性能制约，从而完全消除重复性轨迹跟踪误差。
[0005]根据本专利技术的第一方面，一种伺服运动系统的双回路迭代学习前馈控制系统，包括：第一运算器、反馈控制器、双回路迭代学习前馈控制器、第二运算器和被控对象；
[0006]所述第一运算器的输入端连接参考轨迹和所述被控对象的输出端；所述第一运算器的输出端连接所述反馈控制器的输入端和所述双回路迭代学习前馈控制器的输入端；所述反馈控制器的输出端和所述双回路迭代学习前馈控制器的输出端连接所述第二运算器的输入端；所述第二运算器的输出端连接所述被控对象的输入端；
[0007]在进行实际轨迹跟踪任务前，预先采用所述双回路迭代学习前馈控制器通过迭代方式优化前馈控制信号；
[0008]在进行实际轨迹跟踪任务时，所述第一运算器获取参考轨迹和所述被控对象输出的位置信号，进行求差运算生成轨迹跟踪误差，将轨迹跟踪误差输出至所述反馈控制器；所述反馈控制器根据轨迹跟踪误差生成反馈控制信号；所述第二运算器获取所述反馈控制器输出的反馈控制信号和所述双回路迭代学习前馈控制器输出的前馈控制信号，进行求和运算生成总控制信号，将总控制信号输出至所述被控对象；所述被控对象在总控制信号的驱动下进行实际轨迹跟踪任务。
[0009]进一步地，所述双回路迭代学习前馈控制器包括：学习滤波器、存储器、第三运算器、鲁棒滤波器和第四运算器；
[0010]所述学习滤波器的输入端连接轨迹跟踪误差；所述学习滤波器的输出端和所述存
储器的输出端连接所述第三运算器的输入端；所述第三运算器的输出端连接所述鲁棒滤波器的输入端；所述鲁棒滤波器的输出端连接所述存储器的输入端；所述存储器的输出端和外环迭代信号连接所述第四运算器的输入端；
[0011]所述存储器用于存储内环迭代信号；所述学习滤波器根据轨迹跟踪误差生成第一信号；所述第三运算器获取第一信号和所述存储器输出的内环迭代信号，进行求和运算生成第二信号；所述鲁棒滤波器根据第二信号生成下一内环迭代信号。
[0012]进一步地，所述学习滤波器的设计方法为：
[0013]采用物理分析法或系统辨识法建立被控对象的参数化模型P，根据采用的反馈控制器C计算闭环系统的过程灵敏度函数T＝P/(1+PC)；采用直接逆模法、零相位误差跟踪法或零幅值误差跟踪法设计稳定的学习滤波器，使其尽可能逼近过程灵敏度函数的逆。
[0014]进一步地，所述鲁棒滤波器设计为零相位低通滤波器，使得迭代收敛条件得以满足。
[0015]根据本专利技术的第二方面，一种伺服运动系统的双回路迭代学习前馈控制方法，适用于所述的双回路迭代学习前馈控制系统，具体包括以下步骤：
[0016]在进行实际轨迹跟踪任务前，给定参考轨迹，预先采用双回路迭代学习前馈控制器通过迭代方式优化前馈控制信号；
[0017]在进行实际轨迹跟踪任务时，第一运算器获取参考轨迹和被控对象输出的位置信号，进行求差运算生成轨迹跟踪误差，将轨迹跟踪误差输出至反馈控制器；反馈控制器根据轨迹跟踪误差生成反馈控制信号；第二运算器获取反馈控制器输出的反馈控制信号和双回路迭代学习前馈控制器输出的前馈控制信号，进行求和运算生成总控制信号，将总控制信号输出至所述被控对象；被控对象在总控制信号的驱动下进行实际轨迹跟踪任务。
[0018]进一步地，所述给定参考轨迹，预先采用双回路迭代学习前馈控制器通过迭代方式优化前馈控制信号的具体步骤为：
[0019]步骤一，初始化，设置初始内环迭代信号和初始外环迭代信号，初始内环迭代信号预先存储在所述存储器中；所述第四运算器获取所述存储器输出的初始内环迭代信号与初始外环迭代信号，进行求和运算生成初始前馈控制信号；
[0020]步骤二，在初始前馈控制信号作用下，进行轨迹跟踪运动，记录轨迹跟踪误差；
[0021]步骤三，所述学习滤波器根据轨迹跟踪误差，生成第一信号；所述第三运算器获取第一信号和所述存储器输出的内环迭代信号，进行求和运算生成第二信号；所述鲁棒滤波器根据第二信号生成下一内环迭代信号；将下一内环迭代信号替换所述存储器中已存储的内环迭代信号；
[0022]步骤四，所述第四运算器获取所述存储器输出的内环迭代信号与外环迭代信号，进行求和运算迭代更新前馈控制信号；
[0023]步骤五，在前馈控制信号作用下，进行轨迹跟踪运动，记录轨迹跟踪误差；
[0024]步骤六，判断内环迭代是否收敛，若收敛，执行步骤七；否则，跳转至步骤三；
[0025]步骤七，判断轨迹跟踪误差是否满足要求，若满足，则终止迭代，当前的前馈控制信号即为期望的前馈控制信号；否则，将内环迭代信号更新为0，将外环迭代信号更新为当前的前馈控制信号，跳转至步骤三。
[0026]进一步地，设置初始内环迭代信号和初始外环迭代信号的具体方法为：若被控对
象的名义质量未知，则设置初始内环迭代信号和初始外环迭代信号均为0。
[0027]进一步地，设置初始内环迭代信号和初始外环迭代信号的具体方法为：若被控对象的名义质量已知，将名义质量与参考轨迹的加速度信号相乘，所得信号称为加速度前馈信号；设置初始内环迭代信号为加速度前馈信号、初始外环迭代信号为0，或者设置初始内环迭代信号为0、初始外环迭代信号为加速度前馈信号。
[0028]进一步地，判断内环迭代是否收敛的具体方法为：当前轨迹跟踪运动的误差2
‑
范数与上一轨迹跟踪运动的误差2
‑
范数相减，所得差值的绝对值与上一轨迹跟踪运动的误差2
‑
范数相比，若该比值小于或等于第一预设值，则内环迭代收敛。
[0029]进一步地，判断轨迹跟踪误差是否满足要求的具体方法为：若当前轨迹跟踪运动的误差2
‑
范数小于或等于第二预设值，则轨迹跟踪误差满足要求。
[0030]本专利技术中伺服运动系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种伺服运动系统的双回路迭代学习前馈控制系统，其特征在于，包括：第一运算器、反馈控制器、双回路迭代学习前馈控制器、第二运算器和被控对象；所述第一运算器的输入端连接参考轨迹和所述被控对象的输出端；所述第一运算器的输出端连接所述反馈控制器的输入端和所述双回路迭代学习前馈控制器的输入端；所述反馈控制器的输出端和所述双回路迭代学习前馈控制器的输出端连接所述第二运算器的输入端；所述第二运算器的输出端连接所述被控对象的输入端；在进行实际轨迹跟踪任务前，预先采用所述双回路迭代学习前馈控制器通过迭代方式优化前馈控制信号；在进行实际轨迹跟踪任务时，所述第一运算器获取参考轨迹和所述被控对象输出的位置信号，进行求差运算生成轨迹跟踪误差，将轨迹跟踪误差输出至所述反馈控制器；所述反馈控制器根据轨迹跟踪误差生成反馈控制信号；所述第二运算器获取所述反馈控制器输出的反馈控制信号和所述双回路迭代学习前馈控制器输出的前馈控制信号，进行求和运算生成总控制信号，将总控制信号输出至所述被控对象；所述被控对象在总控制信号的驱动下进行实际轨迹跟踪任务。2.根据权利要求1所述的伺服运动系统的双回路迭代学习前馈控制系统，其特征在于，所述双回路迭代学习前馈控制器包括：学习滤波器、存储器、第三运算器、鲁棒滤波器和第四运算器；所述学习滤波器的输入端连接轨迹跟踪误差；所述学习滤波器的输出端和所述存储器的输出端连接所述第三运算器的输入端；所述第三运算器的输出端连接所述鲁棒滤波器的输入端；所述鲁棒滤波器的输出端连接所述存储器的输入端；所述存储器的输出端和外环迭代信号连接所述第四运算器的输入端；所述存储器用于存储内环迭代信号；所述学习滤波器根据轨迹跟踪误差生成第一信号；所述第三运算器获取第一信号和所述存储器输出的内环迭代信号，进行求和运算生成第二信号；所述鲁棒滤波器根据第二信号生成下一内环迭代信号。3.根据权利要求2所述的伺服运动系统的双回路迭代学习前馈控制系统，其特征在于，所述学习滤波器的设计方法为：采用物理分析法或系统辨识法建立被控对象的参数化模型P，根据采用的反馈控制器C计算闭环系统的过程灵敏度函数T＝P/(1+PC)；采用直接逆模法、零相位误差跟踪法或零幅值误差跟踪法设计稳定的学习滤波器，使其尽可能逼近过程灵敏度函数的逆。4.根据权利要求2所述的伺服运动系统的双回路迭代学习前馈控制系统，其特征在于，所述鲁棒滤波器设计为零相位低通滤波器，使得迭代收敛条件得以满足。5.一种伺服运动系统的双回路迭代学习前馈控制方法，适用于任一项如权利要求1
‑
4所述的双回路迭代学习前馈控制系统，其特征在于，具体包括以下步骤：在进行实际轨迹跟踪任务前，给定参考轨迹，预先采用双回路迭代学习前馈控制器通过迭代方式优化前馈控制信号；在进行实际轨迹跟踪任务时，第一运算器获取参考轨迹和被控对象输出的位置信号，进行求差运算生成轨迹跟踪误差，将轨迹跟踪误差输出至反馈控制器；反馈控制器根据轨迹跟踪误差生成反...

【专利技术属性】
技术研发人员：李敏，金思芃，陈涛涛，孙凡茗，刘恋奇，陈曦，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：