執(zhí)行器飽和控制研究.pdf

1、飽和是控制系統(tǒng)中最為普遍的非線性現(xiàn)象之一，大多數(shù)執(zhí)行器不可避免的會(huì)出現(xiàn)飽和。如果執(zhí)行器的輸入量達(dá)到一定限制，就進(jìn)入了飽和狀態(tài)，因?yàn)檫M(jìn)一步增加輸入不能對執(zhí)行器的輸出產(chǎn)生任何影響，執(zhí)行器的飽和將使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能降低，甚至導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。 隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，控制系統(tǒng)的精度要求越來越高，例如數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人操作手、微電子裝配單元、高速硬盤等都需要進(jìn)行高精度控制。但是由于飽和等非線性的存在，經(jīng)典的控制算法很難保證所要求的設(shè)計(jì)精度。為

2、消除飽和非線性的影響而采用更高精密的儀器設(shè)備將使得整個(gè)控制系統(tǒng)造價(jià)昂貴；然而，如果能夠采用先進(jìn)的補(bǔ)償策略，使得采用相對廉價(jià)的儀器設(shè)備來滿足精度要求成為可能。小型和微型計(jì)算機(jī)及其電力電子技術(shù)的發(fā)展為各種控制算法的實(shí)現(xiàn)提供了更大空間，尋求更高性能和更高適應(yīng)性控制算法成為實(shí)現(xiàn)高精度控制的捷徑。本文針對具有執(zhí)行器飽和的系統(tǒng)進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)研究，尋求理想的飽和補(bǔ)償策略，實(shí)現(xiàn)高精度的跟蹤控制。 本文首先對當(dāng)前的飽和補(bǔ)償策略研究進(jìn)行了回顧，接

3、著針對不同的應(yīng)用對象提出了兩種不同的控制策略實(shí)現(xiàn)了飽和補(bǔ)償，完成系統(tǒng)的高性能跟蹤控制器的設(shè)計(jì)。兩種方法為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)方法和復(fù)合控制方法，其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)方法可以應(yīng)用于時(shí)變系統(tǒng)，復(fù)合控制設(shè)計(jì)方法是針對線性時(shí)不變系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)對于具有Brunovsky標(biāo)準(zhǔn)型的非線性時(shí)變系統(tǒng)提出一種權(quán)系數(shù)可在線調(diào)節(jié)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)飽和補(bǔ)償算法，采用了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對控制器輸出超出飽和部分進(jìn)行估計(jì)補(bǔ)償。該算法的另一突出優(yōu)點(diǎn)是考慮了網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)誤差和

4、外部干擾，利用Lyapunov理論證明了該算法能夠保證系統(tǒng)半全局一致最終有界，且跟蹤誤差以已知的形式可以自由調(diào)節(jié)。由于所考慮的系統(tǒng)具有未知函數(shù)，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法具有廣泛的應(yīng)用性。復(fù)合控制設(shè)計(jì)方法以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)，通過極點(diǎn)配置使系統(tǒng)達(dá)到期望的跟蹤性能指標(biāo)，然后設(shè)計(jì)具有抑制超調(diào)能力的非線性律，達(dá)到既能提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度又能保證輸出有較小的超調(diào)量，實(shí)現(xiàn)較好的跟蹤性能的目的。所提出的兩種設(shè)計(jì)方法，均給出了穩(wěn)定性的證明和仿真算例及結(jié)果，仿真