基于反步法的板球系统自抗扰控制器设计

韩光信，孟圣钧，万云波

(1.吉林化工学院 信息与控制工程学院，吉林 吉林 132022；2.吉林石化公司 电石厂，吉林 吉林 132022)

板球装置作为球杆系统的二维扩展，是一类高阶、不确定性非线性系统,对其研究涉及动力学建模、伺服系统设计、轨迹跟踪等众多领域[1].小球运动过程中，板和球之间的非线性摩擦力、模型误差、执行机构的滞后现象等因素都会降低轨迹跟踪精度，导致控制效果不佳.国内外学者研究了模糊控制[2]、滑模变结构控制[3]、神经网络控制[4]、预测控制[5]等相关算法以获得期望的控制性能.吉林大学的段慧达博士针对板球系统可能出现的量测噪声污染问题，研究了带滤波功能的自抗扰设计方案，并提出了基于RBF神经网络的自抗扰控制器参数优化方法，最后利用级联自抗扰控制器较好地实现了轨迹跟踪控制[6].北京理工大学董振晔针对系统采集小球位置存在量测噪声这一问题，设计了含一阶惯性环节的扩张状态观测器，同时用自抗扰控制器实现了小球在不同速度下的定点控制和轨迹跟踪控制[7].

本文综合考虑板球系统的摩擦、扰动等不确定因素以及系统耦合项对小球轨迹跟踪精度的影响，利用扩张状态观测器对其进行估计和“补偿”，完成自抗扰控制方案的设计.由于板球系统实验平台X、Y轴的输入信号存在量测噪声干扰，故采用全程快速微分器滤除干扰，同时提取输入信号并求导，实现无需速度测量的控制，且全程快速微……