用于开环与闭环复位置控制的高阶正弦输入描述函数及其在机电系统中的应用
系统与控制
2025-01-20 v3 系统与控制
摘要
复位置控制提升了高精度机电系统的性能。本文引入了一种广义复位置反馈控制结构，该结构集成了单复位置状态的复位置控制器、用于调节复位置动作的整形滤波器，以及与复位置控制器呈串联和并联配置的线性补偿器。该结构提供了更大的调节灵活性，以优化复位置控制性能。然而，此类系统的频域分析仍不完善。为填补这一空白，本研究做出了三项主要贡献：（1）推导了开环复位置控制系统的高阶正弦输入描述函数（HOSIDFs）；（2）推导了闭环复位置控制系统的 HOSIDFs，并建立了其与开环分析的联系；（3）开发了一个基于 MATLAB 的 App 来实现这些方法，为机电工程师提供了用于复位置控制系统设计与分析的实用工具。通过仿真和实验验证了所提方法的准确性。最后，通过案例研究展示了所提方法的实用性，这些案例在精密运动平台上分析并比较了三种控制器的性能：PID 控制器、复位置控制器和整形复位置控制器。分析与实验结果均表明，整形复位置控制器在减小驱动力的情况下提供了更高的跟踪精度，优于复位置控制器和 PID 控制器。这些发现突出了所提频域方法在分析和优化复位置控制机电系统性能方面的有效性。
引用
@article{arxiv.2412.13086,
title = {Higher-Order Sinusoidal Input Describing Functions for Open-Loop and Closed-Loop Reset Control with Application to Mechatronics Systems},
author = {Xinxin Zhang and S. Hassan HosseinNia},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.13086},
year = {2025}
}