加速度测量拓展运动控制系统中扰动观测器的带宽

在基于扰动观测器（DOb）的运动控制系统中，扰动估计的噪声敏感性与性能之间的权衡是众所周知的。随着 DOb 带宽的增加，不仅性能提升，扰动估计的频率范围也扩大，但运动控制器对测量系统的噪声变得更加敏感。这种权衡通常仅通过考虑编码器之类的传感器噪声来解释。然而，鲁棒运动控制器的数字实现可能在实践中显著影响噪声敏感性与扰动估计性能。本文表明，当设计参数（即采样时间、标称对象参数和 DOb 带宽）在数字运动控制器综合中未被恰当整定时，通过估计速度实现的常规 DOb 会受到水床效应影响。因此，除速度测量系统的噪声外，扰动估计的带宽还受水床效应限制。为便于数字运动控制器综合，本文解析推导了常规 DOb 的设计约束。当通过估计加速度实现数字运动控制器时，不会发生水床效应，并且对于基于加速度测量的 DOb 的所有设计参数取值均可获得良好的鲁棒稳定性与性能。然而，由于实践中加速度传感器的噪声，扰动估计的带宽无法自由增大。通过采用离散时间域中的波德积分定理，本文清晰阐释了基于 DOb 的数字运动控制系统的设计约束，并表明加速度测量可用于拓展 DOb 的带宽，即扰动估计的性能与频率范围。