基于輸出重定義的非最小相位系統(tǒng)軌跡跟蹤控制.pdf

1、非最小相位系統(tǒng)常見于工程應(yīng)用場合，如應(yīng)用于航天和生產(chǎn)制造領(lǐng)域的柔性機(jī)械臂，即是一種典型的非最小相位系統(tǒng)。由于不穩(wěn)定零動(dòng)態(tài)的影響，非最小相位系統(tǒng)不存在因果穩(wěn)定的逆，因此常規(guī)反饋控制不能實(shí)現(xiàn)精確軌跡跟蹤。非因果穩(wěn)定逆控制是實(shí)現(xiàn)非最小相位系統(tǒng)軌跡準(zhǔn)確跟蹤的本質(zhì)方法。但由于其理論上需要有無限時(shí)長的預(yù)作用，不能直接應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)操作;而且穩(wěn)定逆控制算法的有效性僅局限于雙曲非最小相位系統(tǒng)。綜合考慮實(shí)際應(yīng)用及跟蹤精度要求，本文針對雙曲和非雙曲非最小相

2、位系統(tǒng)，采用近似線性化方法，提出軌跡重定義的設(shè)計(jì)思路，以基函數(shù)形式重新定義期望輸出軌跡，實(shí)現(xiàn)被控系統(tǒng)在有限時(shí)間區(qū)間上的因果逆軌跡跟蹤，且系統(tǒng)實(shí)際輸出與理想期望軌跡的誤差滿足給定的跟蹤精度要求。
　　本文取得的具體成果如下:
　　(1)為解央非因果穩(wěn)定逆無限時(shí)長前驅(qū)動(dòng)不適用于實(shí)際操作的問題，本文提出在有限時(shí)長區(qū)間內(nèi)重定義輸出軌跡取代無限時(shí)長前驅(qū)動(dòng)過程，實(shí)現(xiàn)了被控系統(tǒng)由實(shí)際起始狀態(tài)到穩(wěn)定逆理想初始狀態(tài)的過渡。然后結(jié)合非因果穩(wěn)定逆

3、的控制方法實(shí)現(xiàn)了非最小相位系統(tǒng)的準(zhǔn)確軌跡跟蹤控制。重定義的輸出軌跡采用指數(shù)基函數(shù)的形式，軌跡重定義過程使用一種優(yōu)化搜索算法尋找到最優(yōu)軌跡。在一個(gè)單連桿的柔性機(jī)械臂系統(tǒng)上進(jìn)行了新控制方法的仿真。結(jié)果說明了控制方法的有效性。
　　(2)為設(shè)計(jì)適用于廣義非最小相位系統(tǒng)的軌跡跟蹤控制算法，同時(shí)提高軌跡跟蹤精度，本文提出了因果逆分段軌跡跟蹤控制方法。以指數(shù)基函數(shù)形式重新定義整段輸出軌跡，在盡可能近似期望輸出軌跡的條件下，設(shè)計(jì)控制器抵消掉非最

4、小相位系統(tǒng)中不穩(wěn)定零點(diǎn)的影響，抑制發(fā)散。將輸出軌跡劃分為有限段逐段跟蹤，同時(shí)保證輸入信號、整段輸出軌跡及系統(tǒng)內(nèi)動(dòng)態(tài)軌跡的連續(xù)性。將分段軌跡跟蹤控制算法應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室懸掛式單連桿柔性臂系統(tǒng)，仿真結(jié)果有效地證明了新方法能提高軌跡跟蹤精度。
　　(3)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，將所提出的分段軌跡跟蹤因果逆控制方法應(yīng)用于一個(gè)典型的非最小相位系統(tǒng)——柔性臂，通過最小二乘法辨識實(shí)際柔性臂系統(tǒng)模型，離線計(jì)算其控制輸入信號，反向輸入到實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，觀察記錄實(shí)際輸出信號