基于高阶内模的变参考轨迹鲁棒迭代学习控制

doi:10.11772/j.issn.1001-9081.2023070971

《计算机应用》唯一官方网站 ›› 2024, Vol. 44 ›› Issue (7): 2279-2284.DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2023070971

基于高阶内模的变参考轨迹鲁棒迭代学习控制

郑俊豪, 陶洪峰()

教育部轻工过程先进控制重点实验室（江南大学），江苏无锡 214122

收稿日期:2023-07-19 修回日期:2023-09-08 接受日期:2023-09-20 发布日期:2023-10-26 出版日期:2024-07-10
通讯作者: 陶洪峰
作者简介:郑俊豪（1999—），男，浙江台州人，硕士研究生，主要研究方向：迭代学习控制；
第一联系人：陶洪峰（1979—），男，江苏无锡人，教授，博士，主要研究方向：迭代学习控制、故障诊断与容错控制。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(61773181);高等学校学科创新引智计划项目(B23008)

High-order internal model based robust iterative learning control with varying trajectory

Junhao ZHENG, Hongfeng TAO()

Key Laboratory of Advanced Process Control for Light Industry，Ministry of Education （Jiangnan University），Wuxi Jiangsu 214122，China

Received:2023-07-19 Revised:2023-09-08 Accepted:2023-09-20 Online:2023-10-26 Published:2024-07-10
Contact: Hongfeng TAO
About author:ZHENG Junhao， born in 1999， M. S. candidate. His research interests include iterative learning control.
First author contact:TAO Hongfeng， born in 1979， Ph. D.， professor. His research interests include iterative learning control， fault diagnosis and fault-tolerant control.
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(61773181);Program of Introducing Talents of Discipline to Universities(B23008)

摘要/Abstract

摘要：

针对一类带有非重复不确定参数的线性离散系统跟踪批次变化的参考轨迹问题，提出一种双环控制结构的鲁棒间接型迭代学习控制（ILC）算法。通过在内环部分设计比例-积分（PI）型反馈控制器保证闭环系统沿时间轴方向的稳定性，实现前几批次对参考轨迹的快速跟踪。在外环部分，通过高阶内模（HOIM）描述参考轨迹变化规律，并设计一个基于内模原理的高阶比例（P）型ILC控制器提升系统在批次方向上对变参考轨迹的跟踪性能，实现对变化的参考轨迹精确跟踪。针对不确定性参数带来的扰动问题，设计一类性能指标函数，将系统模型在间接型ILC控制器作用下转换为等价的重复过程模型；基于重复过程模型稳定性理论，将保证系统具有沿批次鲁棒稳定的性能指标条件转换为线性矩阵不等式（LMI）。最后通过一类永磁电机的控制仿真验证了所提算法的有效性。

关键词: 迭代学习控制, 高阶内模, 变参考轨迹, 鲁棒控制, 重复过程模型

Abstract:

For a class of discrete linear systems with non-repetitive uncertainties， a robust indirect-type Iterative Learning Control （ILC） algorithm based on dual-loop control structure was proposed to track the batch-varying trajectories. In the inner-loop， a Proportional-Integral （PI） type feedback controller was designed to ensure the stability of the closed-loop system along the time axis， realizing the fast tracking in the first few batches. In the outer-loop， a High-Order Internal Model （HOIM） was used to describe the pattern of varying trajectories， a HOIM based Proportional （P） type ILC controller was designed to improve the tracking performance along the batch axis， realizing the accurate tracking of the varying trajectories. For the disturbance caused by non-repetitive uncertainties， a performance criterion function was designed and the system model was transformed into a repetitive process model under the effect of the indirect-type ILC controller. Based on the stability theory of repetitive process model， the conditions of stability along the batch axis were transformed into Linear Matrix Inequality （LMI） conditions. Finally， the effectiveness of proposed algorithm was verified through the simulation of a class of permanent magnet motor.

Key words: Iterative Learning Control (ILC), High-Order Internal Model (HOIM), varying trajectory, robust control, repetitive process model

中图分类号:

TP273

郑俊豪, 陶洪峰. 基于高阶内模的变参考轨迹鲁棒迭代学习控制[J]. 计算机应用, 2024, 44(7): 2279-2284.

Junhao ZHENG, Hongfeng TAO. High-order internal model based robust iterative learning control with varying trajectory[J]. Journal of Computer Applications, 2024, 44(7): 2279-2284.

图/表 5

图1 间接型ILC结构

Fig. 1 Structure of indirect-type ILC

图2 系统参考轨迹

Fig. 2 Trajectory of system

图3 系统输出曲线

Fig. 3 Output curve of system

图4 系统跟踪曲线

Fig. 4 Tracking curve of system

图5 系统RMS曲线

Fig. 5 RMS curve of system

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基于高阶内模的变参考轨迹鲁棒迭代学习控制

High-order internal model based robust iterative learning control with varying trajectory

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