基于光电编码器的角加速度观测器设计

现代伺服控制系统中经常需要加速度信息来实现加速度反馈控制,在旋转运动形式的伺服系统中,通过基于电机模型的观测器算法估计出角速度或角加速度,其性能远远不及采用角加速度传感器直接测量的方法,而角加速度传感器又存在价格昂贵和技术指标适用范围窄的问题。论文提出了一种角加速度观测方案,利用光电编码器输出的角位移信号及观测对象的模型信息,估计出伺服系统角加速度,并通过RT-LAB实验平台进行硬件在回路仿真实验,能够实现对角位移、角速度和剧烈变化的角加速度的观测,效果良好,验证了算法的鲁棒性和精确性。论文提出的角加速度观测方案还可以应用于非电机驱动的伺服系统中,其适用范围更广,成本低,更适合工程应用。

一种基于位置信号线性拟合差分滤波器串联的二阶差分角加速度观测器

角加速度闭环能增加伺服控制系统的刚度,提高系统鲁棒性,但位置信号的二阶差分运算会放大高频噪声幅值,限制了加速度闭环在实际控制中的应用。首先,对三种基于多项式曲线拟合的角加速度观测器性能进行了分析,结果表明二次多项式角加速度观测器具有最优的综合性能;其次,为了抑制噪声,提出了一种基于位置信号线性拟合的串联二阶差分角加速度观测器,从截止频率、白噪声放大倍数和延时时间三个方面对其性能进行了分析,并与二次多项式角加速度观测器进行了对比,仿真和实验均验证了该方法具有更好的噪声抑制能力。

基于Kalman预报观测器的增量动态逆控制

针对传统动态逆对模型参数不确定性鲁棒性较差的问题,提出一种基于Kalman预报观测器的增量动态逆控制方法。该方法以角速度作为姿态控制反馈,引入角加速度预测反馈信号,从而降低了控制系统对模型参数的敏感性。利用动力学方程建立增量动态逆的输入输出关系式,利用等加速度模型的Kalman预报观测器对角加速度进行预测估计,从而提高信号的精度和实时性。仿真结果表明:在引入参数摄动和传感器噪声等一系列不确定性因素后,增量动态逆比传统动态逆方法能够更加准确快速地跟踪参考信号,该控制方法是可行有效的。