專利名稱：一種多內(nèi)模并聯(lián)型重復(fù)控制器及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出了一種多內(nèi)模并聯(lián)型重復(fù)控制器及控制方法，用于根據(jù)各次諧波幅值 的分布規(guī)律，單獨(dú)靈活地調(diào)節(jié)各次諧波的增益系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)快速無靜差跟蹤或消除 的目的，屬于工業(yè)控制的重復(fù)控制器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
多年來，周期性信號的跟蹤和擾動抑制補(bǔ)償問題一直是眾多研究人員關(guān)注的課 題，而基于內(nèi)模原理的重復(fù)控制就是一種十分有效的控制手段。一般的重復(fù)控制器采用延 遲時間τ為Τ。的延遲環(huán)節(jié)的正反饋形式e-W/fl-fW)來構(gòu)造基波周期為Τ。的周期信號的
內(nèi)模，并將之嵌入控制回路中，從而能夠?qū)υ摲N周期性信號(包括正弦基波及其各次諧波) 實(shí)施靜態(tài)無差跟蹤控制或擾動消除，但是無法根據(jù)各次諧波幅值分布的規(guī)律單獨(dú)靈活的調(diào) 節(jié)各次諧波增益，同時該類重復(fù)控制器由輸入到輸出的延遲時間為基波周期Τ。，其響應(yīng)速 度相對較慢，并且實(shí)際當(dāng)中重復(fù)控制器多以數(shù)字方式ζ_7(1-ζ_Ν)(其中N = T。/Ts為整數(shù)， Ts為采樣時間)實(shí)現(xiàn)該周期性信號的內(nèi)模，其所占用的內(nèi)存單元數(shù)目至少為N。然而在實(shí) 際應(yīng)用中，需要跟蹤或消除的各次諧波幅值的分布并不是均勻的，例如三相整流負(fù)載給電 源系統(tǒng)所造成的諧波污染大部分集中于6k 士 l(k= 1,2,...)次諧波頻率處，其他次諧波 頻率處的諧波幅值則很小。若采用一般的重復(fù)控制器來消除這類諧波，會出現(xiàn)周期性擾動 消失非常緩慢的現(xiàn)象，往往無法滿足實(shí)際系統(tǒng)對控制性能的要求。若能提出新的重復(fù)控制 器，根據(jù)各次諧波幅值的分布規(guī)律，單獨(dú)靈活地調(diào)節(jié)各次諧波的增益系數(shù)，并通過改造控制 器中信號的內(nèi)模，將其控制延遲時間縮短，將能夠大大提高系統(tǒng)消除擾動的速度。因此仍有 必要對重復(fù)控制技術(shù)做進(jìn)一步的研究。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提出一種新型重復(fù)控制器，該重復(fù)控制器由η個子重 復(fù)控制器模塊組并聯(lián)組成，其中各子重復(fù)控制模塊分別用于不同的特定次諧波的無靜差跟 蹤或消除，從而可根據(jù)各次諧波幅值分布的具體情況，單獨(dú)調(diào)節(jié)相應(yīng)的子重復(fù)控制器模塊 組的增益系數(shù)，通過并行計(jì)算的方式達(dá)到更快實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無靜差跟蹤或消除的目的。技術(shù)方案本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案本發(fā)明的一種多內(nèi)模并聯(lián)型重復(fù)控制器，包括以并聯(lián)方式組合的η個子重復(fù)控制 器模塊組和一個加法環(huán)，其中所述重復(fù)控制器的輸入端分別接每個子重復(fù)控制器模塊組的 輸入端，每個子重復(fù)控制器模塊組的輸出端接加法環(huán)的輸入端。所述每個子重復(fù)控制器模塊組都包括重復(fù)控制增益模塊、指數(shù)增益模塊、時間延 遲模塊和加法環(huán)，其中重復(fù)控制增益模塊的輸出端和時間延遲模塊的輸出端接加法環(huán)的輸 入端，加法環(huán)的輸出端串接指數(shù)增益模塊后接時間延遲模塊的輸入端。所述時間延遲模塊的輸出端串接低通濾波器，所述加法環(huán)的輸出端串接相位超前
5補(bǔ)償模塊。所述時間延遲模塊為模擬或數(shù)字時間延遲模塊。一種多內(nèi)模并聯(lián)型重復(fù)控制器的控制方法如下子重復(fù)控制器模塊組將多內(nèi)模并聯(lián)型重復(fù)控制器的輸入量e (S)經(jīng)過子重復(fù)控 制器模塊組的信號調(diào)理得到子重復(fù)控制器模塊組的輸出量，以第i (i = 0，1，. . .，Π-1)個子 重復(fù)控制器模塊組為例，實(shí)現(xiàn)(士nk+i)次諧波的無靜差跟蹤或消除；加法環(huán)將η個子重復(fù)控制器模塊組的輸出量相加后輸出，實(shí)現(xiàn)所有次諧波的無 靜差跟蹤或消除。所述子重復(fù)控制器模塊組的信號調(diào)理方法如下重復(fù)控制增益模塊將多內(nèi)模并聯(lián)型重復(fù)控制器的輸入量e (S)經(jīng)過重復(fù)控制增 益得到重復(fù)控制增益模塊的輸出量；加法環(huán)將重復(fù)控制增益模塊的輸出量與時間延遲模塊的輸出量相加得到指數(shù)增 益模塊的輸入量； 下
指數(shù)增益模塊將加法環(huán)的輸出量經(jīng)過指數(shù)增益得到指數(shù)增益模塊的輸出量； 時間延遲模塊將指數(shù)增益模塊輸出量延遲輸出。
所述時間延遲模塊為模擬或數(shù)字時間延遲模塊，則所述重復(fù)控制器傳遞函數(shù)如
G ^ = G。(5) + G丨⑷+…+徹+…+、1⑷
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^=0Nfn Λ
z —e其中c()為重復(fù)控制器的輸出量，e()為重復(fù)控制器的輸入量亦即控制系統(tǒng)的控 制誤差量，GiO為第i個內(nèi)模即第i個子重復(fù)控制器模塊組的傳遞函數(shù)，ki為第i個內(nèi)模的 重復(fù)控制增益，ζ為離散時間系統(tǒng)的ζ變換的變量，s為連續(xù)時間系統(tǒng)的拉普拉斯(Laplace) 變量，N = T。/Ts為整數(shù)，T0為基波周期，T。= 2 π / ω。= 1/f。，f。為基波頻率，ω。為基波角 頻率，Ts為采樣周期，j為虛數(shù)單位，n、k為不小于零的整數(shù)且η興0，i = 0，1，. . .，n-1。所述時間延遲模塊為模擬時間延遲模塊時，重復(fù)控制器中每一個子重復(fù)控制器模
6塊組即每一個內(nèi)模的傳遞函數(shù)可改寫如下
權(quán)利要求
一種多內(nèi)模并聯(lián)型重復(fù)控制器，其特征在于包括以并聯(lián)方式組合的n個子重復(fù)控制器模塊組和一個加法環(huán)，其中所述重復(fù)控制器的輸入端分別接每個子重復(fù)控制器模塊組的輸入端，每個子重復(fù)控制器模塊組的輸出端接加法環(huán)的輸入端，其中n為大于1的自然數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多內(nèi)模并聯(lián)型重復(fù)控制器，其特征在于所述每個子重復(fù) 控制器模塊組都包括重復(fù)控制增益模塊、指數(shù)增益模塊、時間延遲模塊和加法環(huán)，其中重復(fù) 控制增益模塊的輸出端和時間延遲模塊的輸出端接加法環(huán)的輸入端，加法環(huán)的輸出端串接 指數(shù)增益模塊后接時間延遲模塊的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多內(nèi)模并聯(lián)型重復(fù)控制器，其特征在于所述時間延遲模 塊的輸出端串接低通濾波器，所述加法環(huán)的輸出端串接相位超前補(bǔ)償模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多內(nèi)模并聯(lián)型重復(fù)控制器，其特征在于所述時間延遲模 塊為模擬或數(shù)字時間延遲模塊。
5.一種基于權(quán)利要求1所述的一種多內(nèi)模并聯(lián)型重復(fù)控制器的控制方法，其特征在于 所述方法如下子重復(fù)控制器模塊組將多內(nèi)模并聯(lián)型重復(fù)控制器的輸入量e (s)經(jīng)過子重復(fù)控制器 模塊組的信號調(diào)理得到子重復(fù)控制器模塊組的輸出量，以第i (i = 0，1，. . .，n-1)個子重復(fù) 控制器模塊組為例，實(shí)現(xiàn)(士nk+i)次諧波的無靜差跟蹤或消除；加法環(huán)將η個子重復(fù)控制器模塊組的輸出量相加后輸出，實(shí)現(xiàn)所有次諧波的無靜差 跟蹤或消除。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種多內(nèi)模并聯(lián)型重復(fù)控制器的控制方法，其特征在于所述 子重復(fù)控制器模塊組的信號調(diào)理方法如下重復(fù)控制增益模塊將多內(nèi)模并聯(lián)型重復(fù)控制器的輸入量e (s)經(jīng)過重復(fù)控制增益得 到重復(fù)控制增益模塊的輸出量；加法環(huán)將重復(fù)控制增益模塊的輸出量與時間延遲模塊的輸出量相加得到指數(shù)增益模 塊的輸入量；指數(shù)增益模塊將加法環(huán)的輸出量經(jīng)過指數(shù)增益得到指數(shù)增益模塊的輸出量；時間延遲模塊將指數(shù)增益模塊輸出量延遲輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多內(nèi)模并聯(lián)型重復(fù)控制器的控制方法，其特征在于所述時間延遲模塊為模擬或數(shù)字時間延遲模塊，則所述重復(fù)控制器傳遞函數(shù)如下 Grc(5) = ^ = G。(5) + Gl(5) + .“ + G々) + ". + G =ko ' esTo'" -I+^ ' esTJn _β]2πΙη +..· +《'^TJn _In) +"" + ^-l ' ^7；/ _，J(2^1)=1λ--7 7Τ或⑷=韻=G。⑷+ Gl⑷— ' + G'⑴+…+。丨㈨
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多內(nèi)模并聯(lián)型重復(fù)控制器的控制方法，其特征在于所述 時間延遲模塊為模擬時間延遲模塊時，重復(fù)控制器中每一個子重復(fù)控制器模塊組即每一個 內(nèi)模的傳遞函數(shù)可改寫如下
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多內(nèi)模并聯(lián)型重復(fù)控制器的控制方法，其特征在于所述 時間延遲模塊的輸出端分別串接低通濾波器QO進(jìn)行濾波，所述加法環(huán)的輸出端串接相位 超前補(bǔ)償模塊AO進(jìn)行相位超前補(bǔ)償，則其重復(fù)控制器傳遞函數(shù)如下
全文摘要
本發(fā)明公布了一種多內(nèi)模并聯(lián)型重復(fù)控制器及控制方法，所述控制器包括以并聯(lián)方式組合的n個子重復(fù)控制器模塊組和一個加法環(huán)，其中第i(i＝0，1，...，n-1)個子重復(fù)控制器模塊組用于實(shí)現(xiàn)對(±nk+i)次諧波的無靜差跟蹤或消除，每個子重復(fù)控制器模塊組包括一個重復(fù)控制增益模塊，一個指數(shù)增益模塊、一個時間延遲模塊和一個加法環(huán)。所述控制方法為，根據(jù)各次諧波幅值分布的具體情況，分別調(diào)節(jié)各次諧波所對應(yīng)的子重復(fù)控制器模塊組中的重復(fù)控制增益系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)快速無靜差跟蹤或消除的目的。為提高控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗干擾能力，還給出了加入低通濾波器和相位超前補(bǔ)償器的改進(jìn)的多內(nèi)模并聯(lián)型重復(fù)控制器以滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。
文檔編號G05B11/32GK101937193SQ20101024156
公開日2011年1月5日 申請日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者盧聞州, 周克亮, 楊云虎 申請人:東南大學(xué)