中国科学院西安光机所在控制系统扰动抑制理论研究方面取得新进展

2024/9/9 11:01:20 12516: 来源：西安光学精密机械研究所

摘要：控制系统中普遍存在的外部干扰和模型不确定性是限制控制系统达到理想性能的主要因素，因此干扰抑制是高性能控制器设计中面临的关键难题之一。

　　【仪表网研发快讯】近日，中国科学院空间精密测量技术重点实验室在控制系统扰动抑制前沿理论研究领域取得新进展。相关研究成果发表于仪器仪表领域顶级期刊ISA Transactions(IF 6.3)。论文第一作者为西安光机所光电跟踪与测量技术研究室特别研究助理王帆，通讯作者为郭敏副研究员，西安光机所是第一完成和通讯单位，成都光电所程天霁博士参与此项研究工作。

　　控制系统中普遍存在的外部干扰和模型不确定性是限制控制系统达到理想性能的主要因素，因此干扰抑制是高性能控制器设计中面临的关键难题之一。扰动观测器(DOB)和扩展状态观测器(ESO)作为最具代表性的扰动补偿方法，以其高性能和有效性广泛应用于工业控制领域。众多实验和工业应用表明，采用DOB和ESO扰动补偿方法的2自由度控制器在提升系统鲁棒性、控制精度和快速性方面具备显著优势。DOB和ESO在形式和作用上极其相似，但二者的优缺点不同，现有理论研究试图将二者统一到同一框架下或将二者融合获得更强的扰动补偿效果，但都未能取得令人满意的结果。现有的扰动补偿方法亦无法有效处理柔性系统中的谐振和模型不确定性问题。

　　针对这一问题，研究团队通过将ESO转换为频域形式，并用DOB的扰动补偿机制对ESO的估计误差进行补偿，从而使ESO获得更强的扰动补偿能力。在此基础上，对ESO形式进行改良，并将其置于内模控制框架内，实现了ESO和DOB的统一和融合，从而提出了一种鲁棒内模控制方法(RIMC)。最后，将RIMC应用到由柔性机械臂构成的双惯量系统控制当中，实验结果表明，RIMC在鲁棒性、谐振抑制和扰动抑制方面具备显著优势。该项成果有望应用于柔性机器人、扑翼飞行器以及带有柔性附件的大口径空间望远镜精密运动控制等方面。

图扰动抑制性能(左)和谐振抑制性能(右)对比

图鲁棒性对比(不同条件下误差RMS)

　　该成果得到中国科学院重点实验室基金的大力支持。