吉林大学学报(工学版) ›› 2021, Vol. 51 ›› Issue (5): 1873-1878.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200720

• 通信与控制工程 • 上一篇    

基于分数阶BICO滤波器的运动控制测量噪声抑制

施昕昕1(),黄家才2,高芳征1   

  1. 1.南京工程学院 自动化学院，南京 211167
    2.南京工程学院 工业中心，南京 211167
  • 收稿日期:2020-09-19 出版日期:2021-09-01 发布日期:2021-09-16
  • 作者简介:施昕昕（1985-），女，副教授，博士.研究方向：运动控制，分数阶理论，机器人控制．E-mail：sxx@njit.edu.cn
  • 基金资助:
    南京工程学院校级科研基金创新基金重大项目(CKJA201903);国家自然科学基金面上项目(61873120);国家自然科学基金青年基金项目(51505213);江苏高校“青蓝工程”项目;江苏省自然科学基金面上项目(BK20201469);江苏省高等学校自然科学研究重大项目(20KJA510007)

Measuring noise rejection of motion control system based on fractional BICO filter

Xin-xin SHI1(),Jia-cai HUANG2,Fang-zheng GAO1   

  1. 1.School of Automation，Nanjing Institute of Technology，Nanjing 211167，China
    2.Industrial Center，Nanjing Institute of Technology，Nanjing 211167，China
  • Received:2020-09-19 Online:2021-09-01 Published:2021-09-16

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摘要：

为解决反馈信号测量噪声影响运动控制性能的问题，提出了基于分数阶BICO滤波器的运动控制系统测量噪声抑制方法。分析了分数阶BICO滤波器的性能特点，并基于扩张状态观测器构建了直线电机轨迹跟踪运动控制系统。与常规的低通滤波器以及不加滤波器控制方案进行对比，分别研究了系统未加负载、系统参数变化以及存在外部干扰时的轨迹跟踪误差。对比仿真和实验结果表明：分数阶BICO滤波器能有效抑制测量噪声的影响，进一步提高运动控制精度。

关键词: 机械电子工程, 伯德理想截止频率滤波器, 分数阶微积分, 测量噪声, 运动控制

Abstract:

In order to solve the problem that motion control performance is easily influenced by measuring noise of the feedback signal， a measuring noise rejection method of motion control system is proposed based on a fractional Bode’s ideal cut-off filter （BICO）. Characteristics of the fractional BICO filter are analyzed， and a linear motor trajectory tracking motion control system is constructed based on an extended state observer. Compared with the conventional low-pass filter and the control strategy without a filter， the trajectory tracking errors of the motion control system without payloads， with system parameter variations， and external disturbances are given respectively. Comparative simulation and experimental results illustrate that the fractional BICO filter can deal with the measuring noise effectively， and therefore the motion control accuracy is improved.

Key words: mechatronics engineering, Bode's ideal cut-off filter, fractional calculus, measuring noise, motion control

中图分类号: 

  • TP273

图1

BICO和LPF的对比伯德图"

图2

BICO阶次r取不同值的对比伯德图"

图3

直线电机剖面结构图"

表1

直线电机模型参数值"

项目数值
绕组电感L/mH4.42
绕组电阻R/Ω3.4
反电动势常数Ke/（Vs·m-1）18.01
力常数Kf/（N·A-1）18.01
运动质量m/g250

图4

基于直线电机的运动控制系统"

表2

控制器参数取值"

参数取值参数取值
h0.000 025β0140 000
b21.2β025 000 000
ω0100β0315 500 000
r1δ0.000 025
Kp34 000Kd100

图5

未加负载时3种控制策略的对比仿真结果"

图6

参数变化时3种控制策略的对比仿真结果"

图7

外部干扰下3种控制策略的对比仿真结果"

图8

直线电机轨迹跟踪运动控制系统实验平台"

图9

直线电机轨迹跟踪误差对比实验结果"

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