基于等效重构方法正弦信号跟踪控制

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周期性正弦信号的跟踪控制问题广泛存在于电力电子、伺服驱动以及精密制造等工业领域,跟踪控制的精度严重影响着生产性能。由于正弦信号属于中性稳定系统,如何对保证系统的稳定性和跟踪的快速性是重要的研究内容。本文设计了一种正弦等效重构方法实现对周期信号精确快速的跟踪。该方法分析了参考信号与其频率以及系统响应之间的关系,利用等效重构方式设计控制器结构和参数。通过对控制器参数的分析和调节,保证了控制性能的稳定性和收敛性。此外,在参考输入噪声环境下验证了对正弦周期信号跟踪控制的鲁棒性。具体研究内容如下:(1)设计了一种正弦等效重构方法实现对周期信号的跟踪控制。引入低通滤波器和被控对象串联使其复合为多个一阶惯性环节以激励正弦特性,得到一组级联关系的不可测正弦信号;在频率已知的条件下,对特殊标准形式的辅助滤波器以及参数进行等效重构,以反向递推的方式实现对正弦信号的跟踪控制。(2)对于高阶系统,采用标准形式的辅助滤波器会增加控制器阶次,参数不容易调节。利用适当的坐标变换将辅助滤波器输出与期望的正弦信号关系转换为对角线形式。这种方式增加了参数调节自由度,并且实现了对系统的降阶,可以改善跟踪性能的快速性。由于给出了正弦频率和辅助滤波器关系,可以将该方法引入到时变频率正弦跟踪控制的设计问题中。(3)验证了在参考输入噪声环境下跟踪控制的鲁棒性,对有规律的正弦信号的进行跟踪,对不可建模的信号进行抑制。利用李雅普诺夫定理给出了控制器参数与系统稳定性关系,在参考输入噪声环境下满足一致最终有界特性条件。该设计方法充分利用系统信息,可以保证在参考输入不确定环境下具有较强的鲁棒性。
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