哈工大控制系统设计第9讲-2012

哈尔滨工业大学控制与仿真中心第1章控制系统的输入条件分析——Part8授课教师：马杰CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020指令信号噪声信号干扰信号1xnPCGPC1xdPGPC1xrPCGPCCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心Contents输入信号和跟踪误差A1噪声和它引起的误差A217March2020A3扰动响应CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March20201.3扰动响应1.3.1扰动及扰动响应1.3.2扰动解耦1.3.3扰动的观测与补偿CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020全频段减低扰动响应——增大分母多项式系数-100-90-80-70-60-50-40-30-20Magnitude(dB)100101102103104-90-4504590Phase(deg)BodeDiagramFrequency(rad/sec)CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March2020干扰观测器设计原理1.3.3扰动的观测与补偿PID控制中对误差的信号积分是一种对扰动进行补偿的方法。但采用积分律来消除误差的作用一般适用于扰动不经常变化的场合，如阶跃扰动。如果系统中的扰动常在变化，需要建立一个干扰观测器，将得到的扰动估计值加到控制输入u上来对扰动进行补偿。CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March20201.3.3扰动的观测与补偿干扰观测器的基本思想是将外部力矩干扰及模型参数变化造成的实际对象与名义模型输出的差异等效到控制输入端，即观测出等效干扰。在控制中引入等效的补偿，实现对干扰完全抑制。干扰观测器设计原理CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March20201.3.3扰动的观测与补偿干扰观测器设计原理d为等效干扰；为观测的干扰；u为控制输入；ˆdCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March20201.3.3扰动的观测与补偿干扰观测器设计原理1ˆ()ppdedGsGsedCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March20201.3.3扰动的观测与补偿干扰观测器设计原理对于实际的物理系统，干扰观测器的实现存在如下问题：（1）Gp(s)的相对阶不为零，其逆在物理上不可实现；（2）Gp(s)的精确数学模型无法得到；（3）考虑测量噪声的影响，该方法的控制性能下降。CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March20201.3.3扰动的观测与补偿干扰观测器设计原理G0(s)为名义对象；Q(s)为低通滤波器；为干扰的估计值。fdfucddCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March20201.3.3扰动的观测与补偿干扰观测器设计原理000pcypGsGsYsGCsGsQsGsGs0ppyycQsGsyGsGsfpcdGsyCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March20201.3.3扰动的观测与补偿干扰观测器设计原理0001pdypGsGsQsYsGDsGsQsGsGs0ppyydQsdGsyGsGsfpddGsyCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March20201.3.3扰动的观测与补偿干扰观测器设计原理00pnypGsQsYsGNsGsQsGsGs00ppynyQsGsyGsGs0fpdGsyCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March20201.3.3扰动的观测与补偿低通滤波器带宽的确定00pnypGsQsYsGNsGsQsGsGs000pcypGsGsYsGCsGsQsGsGs0001pdypGsGsQsYsGDsGsQsGsGs设低通滤波器Q(s)的频带为fq当时，qff1Qs0cyGGs0dyG1nyGCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March20201.3.3扰动的观测与补偿低通滤波器带宽的确定00pnypGsQsYsGNsGsQsGsGs000pcypGsGsYsGCsGsQsGsGs0001pdypGsGsQsYsGDsGsQsGsGs设低通滤波器Q(s)的频带为fq当时，qff0QscypGGsdypGGs0nyGCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March20201.3.3扰动的观测与补偿低通滤波器设计二项式滤波器：01NrkNkkNsQss!!NkNNk其中：，N和r分别为Q(s)的阶次和相对阶，为滤波时间。CompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心-100-80-60-40-20020Magnitude(dB)101102103104105-180-135-90-450Phase(deg)BodeDiagramFrequency(rad/sec)tol减小17March20201.3.3扰动的观测与补偿低通滤波器设计332231331sQssss以三阶滤波器为例，N=3，r=201NrkNkkNsQssCompanyLogo哈尔滨工业大学控制与仿真中心17March20201.3.3扰动的观测与补偿实例——基于扰动观测器的伺服系统设计哈尔滨工业大学控制与仿真中心