基于FILADRC控制的双惯量伺服系统主动谐振抑制策略研究

基于FILADRC控制的双惯量伺服系统主动谐振抑制策略研究基于FILADRC控制的双惯量伺服系统主动谐振抑制策略研究

摘要：随着科学技术的迅猛发展和人们对精确控制的需求逐渐增加，伺服系统在工业自动化领域得到了广泛应用。然而，伺服系统在实际工作中常常面临着谐振问题，这对系统的性能和稳定性产生了负面影响。本文通过引入FILADRC（FractionalOrderLinearActiveDisturbanceRejectionControl）控制策略，针对双惯量伺服系统的主动谐振抑制问题进行了研究。

关键词：伺服系统，主动谐振抑制，FILADRC，双惯量

1.引言

伺服系统作为一种常见的控制系统，在工业自动化领域扮演着重要角色。伺服系统通常由控制器、执行器和传感器等组成，旨在实现对输出信号的精确控制。然而，由于各种内外部因素的干扰，伺服系统往往会出现谐振现象。谐振会导致系统产生振荡，降低控制的精度和稳定性，甚至损坏系统。

2.FILADRC控制策略概述

FILADRC是一种基于分数阶微积分和主动干扰抑制控制思想的控制策略。FILADRC通过引入分数阶微积分控制器来抵消主动干扰，实现对系统的精确控制。其核心思想是通过分数阶控制器中的积分项对干扰进行抑制，从而提高系统的抗干扰能力和稳定性。

3.双惯量伺服系统建模

双惯量伺服系统是一种常见的伺服系统结构，由两个惯量通过传动机构连接而成。本文假设该系统无外部干扰，以简化问题分析。系统的数学模型可以表示为：

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

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

其中，\(J_1\)和\(J_2\)分别表示两个惯量的转动惯量，\(B_1\)和\(B_2\)分别表示两个惯量的摩擦阻尼系数，\(K_1\)和\(K_2\)分别表示两个惯量的刚度系数，\(\omega_1\)和\(\omega_2\)分别表示两个惯量的角速度，\(\theta\)表示输出角度，\(F_d\)表示扰动。

4.双惯量伺服系统的主动谐振抑制控制设计

本文基于FILADRC控制策略，提出了一种双惯量伺服系统的主动谐振抑制控制设计。具体步骤如下：

(1)设计分数阶控制器：根据系统模型，选取适当的参数设计分数阶控制器，将其表示为：

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

其中，\(D^{\alpha}\)表示分数阶微积分算子，\(\alpha\)表示分数阶阶数，\(C(s)\)表示控制器的传递函数，\(K_{dc}\)表示控制器的增益，\(n\)表示控制器的阶数。

(2)设计主动干扰估计器：根据主动干扰抑制的原理，设计主动干扰估计器来实时估计系统的主动干扰。主动干扰估计器的输出值将作为分数阶积分项的输入。

(3)设计稳定裕度补偿器：根据系统的稳定性要求，设计稳定裕度补偿器来提高系统的稳定性，并防止系统产生超调。

5.实验结果与分析

本文通过MATLAB/Simulink仿真软件对设计的主动谐振抑制控制策略进行了验证。仿真结果表明，基于FILADRC控制的双惯量伺服系统能够有效抑制系统的谐振现象，提高系统的稳定性和控制精度。

6.结论

本文研究了基于FILADRC控制的双惯量伺服系统的主动谐振抑制策略。通过引入分数阶微积分控制器和主动干扰估计器，该策略能够有效抑制系统的谐振现象，提高系统的稳定性和控制精度。未来的研究方向可以考虑进一步优化控制策略，提高系统的自适应性和鲁棒性。同时，还可以探究其他类型伺服系统的主动谐振抑制策略，扩展该研究的应用范围。

本文研究了基于FILADRC控制的双惯量伺服系统的主动谐振抑制策略。通过引入分数阶微积分控制器和主动干扰估计器，该策略能够有效抑制系统的谐振现象，提高系统的稳定性和控制精度。通过MATLAB/Simulink仿真软件的验证，结果表明该控制策略