基于FILADRC控制的雙慣量伺服系統(tǒng)主動諧振抑制策略研究

基于FILADRC控制的雙慣量伺服系統(tǒng)主動諧振抑制策略研究基于FILADRC控制的雙慣量伺服系統(tǒng)主動諧振抑制策略研究

摘要：隨著科學技術(shù)的迅猛發(fā)展和人們對精確控制的需求逐漸增加，伺服系統(tǒng)在工業(yè)自動化領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，伺服系統(tǒng)在實際工作中常常面臨著諧振問題，這對系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性產(chǎn)生了負面影響。本文通過引入FILADRC（FractionalOrderLinearActiveDisturbanceRejectionControl）控制策略，針對雙慣量伺服系統(tǒng)的主動諧振抑制問題進行了研究。

關(guān)鍵詞：伺服系統(tǒng)，主動諧振抑制，F(xiàn)ILADRC，雙慣量

1.引言

伺服系統(tǒng)作為一種常見的控制系統(tǒng)，在工業(yè)自動化領(lǐng)域扮演著重要角色。伺服系統(tǒng)通常由控制器、執(zhí)行器和傳感器等組成，旨在實現(xiàn)對輸出信號的精確控制。然而，由于各種內(nèi)外部因素的干擾，伺服系統(tǒng)往往會出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。諧振會導致系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩，降低控制的精度和穩(wěn)定性，甚至損壞系統(tǒng)。

2.FILADRC控制策略概述

FILADRC是一種基于分數(shù)階微積分和主動干擾抑制控制思想的控制策略。FILADRC通過引入分數(shù)階微積分控制器來抵消主動干擾，實現(xiàn)對系統(tǒng)的精確控制。其核心思想是通過分數(shù)階控制器中的積分項對干擾進行抑制，從而提高系統(tǒng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性。

3.雙慣量伺服系統(tǒng)建模

雙慣量伺服系統(tǒng)是一種常見的伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由兩個慣量通過傳動機構(gòu)連接而成。本文假設(shè)該系統(tǒng)無外部干擾，以簡化問題分析。系統(tǒng)的數(shù)學模型可以表示為：

\[J_1\dot{\omega}_1=-B_1\omega_1-K_1\theta+F_d\]

\[J_2\dot{\omega}_2=-B_2\omega_2+K_2\theta\]

其中，\(J_1\)和\(J_2\)分別表示兩個慣量的轉(zhuǎn)動慣量，\(B_1\)和\(B_2\)分別表示兩個慣量的摩擦阻尼系數(shù)，\(K_1\)和\(K_2\)分別表示兩個慣量的剛度系數(shù)，\(\omega_1\)和\(\omega_2\)分別表示兩個慣量的角速度，\(\theta\)表示輸出角度，\(F_d\)表示擾動。

4.雙慣量伺服系統(tǒng)的主動諧振抑制控制設(shè)計

本文基于FILADRC控制策略，提出了一種雙慣量伺服系統(tǒng)的主動諧振抑制控制設(shè)計。具體步驟如下：

(1)設(shè)計分數(shù)階控制器：根據(jù)系統(tǒng)模型，選取適當?shù)膮?shù)設(shè)計分數(shù)階控制器，將其表示為：

\[D^{\alpha}C(s)=\frac{K_{dc}(s+1)^{n-1}}{s^\alpha(s+1)^n}\]

其中，\(D^{\alpha}\)表示分數(shù)階微積分算子，\(\alpha\)表示分數(shù)階階數(shù)，\(C(s)\)表示控制器的傳遞函數(shù)，\(K_{dc}\)表示控制器的增益，\(n\)表示控制器的階數(shù)。

(2)設(shè)計主動干擾估計器：根據(jù)主動干擾抑制的原理，設(shè)計主動干擾估計器來實時估計系統(tǒng)的主動干擾。主動干擾估計器的輸出值將作為分數(shù)階積分項的輸入。

(3)設(shè)計穩(wěn)定裕度補償器：根據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求，設(shè)計穩(wěn)定裕度補償器來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并防止系統(tǒng)產(chǎn)生超調(diào)。

5.實驗結(jié)果與分析

本文通過MATLAB/Simulink仿真軟件對設(shè)計的主動諧振抑制控制策略進行了驗證。仿真結(jié)果表明，基于FILADRC控制的雙慣量伺服系統(tǒng)能夠有效抑制系統(tǒng)的諧振現(xiàn)象，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。

6.結(jié)論

本文研究了基于FILADRC控制的雙慣量伺服系統(tǒng)的主動諧振抑制策略。通過引入分數(shù)階微積分控制器和主動干擾估計器，該策略能夠有效抑制系統(tǒng)的諧振現(xiàn)象，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。未來的研究方向可以考慮進一步優(yōu)化控制策略，提高系統(tǒng)的自適應(yīng)性和魯棒性。同時，還可以探究其他類型伺服系統(tǒng)的主動諧振抑制策略，擴展該研究的應(yīng)用范圍。

本文研究了基于FILADRC控制的雙慣量伺服系統(tǒng)的主動諧振抑制策略。通過引入分數(shù)階微積分控制器和主動干擾估計器，該策略能夠有效抑制系統(tǒng)的諧振現(xiàn)象，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。通過MATLAB/Simulink仿真軟件的驗證，結(jié)果表明該控制策略