摘要：近年来，扰动观测器已用于许多伺服系统和行业。本文重点在于基于干扰观测的精细运动控制技术。第一种应用干扰观测的运动控制是基于干扰观测器和传感器矢量控制的电动通勤列车的防滑再粘着控制。第二种扰动观测器的运动控制应用是光盘记录系统的高速和鲁棒跟踪伺服系统
　　关键词：扰动探测；运动控制；跟踪控制；光盘系统
　　高通勤列车的加速和减速性能对实现高效率运输十分必要。切向力是由电动通勤列车与铁路和驱动轮之间的切向力系数的权重之间的函数规定的。当切向力系数减小，电动通勤火车会有打滑现象。滑移现象会让乘客感到不舒服，且对导轨和驱动轮有损耗。因此电动通勤列车的驱动系统应该有一个好的防滑再粘连控制系统。我们提出的系统对四个驱动轮具有优良的转矩响应，这种驱动轮是由两个只使用一个逆变器的感应电机驱动的。
　　近来，光盘系统已被用于存储音频、视频。光盘系统中的光盘转速在同一时间随着存储容量的增加而增加。在下一代光盘系统中，光盘的旋转速度变得几乎等于10000转每分。跟踪控制系统必须迅速抑制对轨道偏心率的跟踪误差。而且，光盘系统有时会受到突如其来的干扰。在下一代光盘的跟踪控制系统里必须具有高的精度性能和较宽的带宽。光盘系统的跟踪控制是利用PID控制，重复控制等通过反馈控制来实现的。重复控制已经进行了精确的跟踪控制。但它很难保持参数变化的鲁棒性能和所需的干扰抑制反应。光盘减少跟踪误差以低于目标耐受性是很困难的。
　　为了下一代光盘系统应用的目的，跟踪控制系统需要在高磁盘转速的条件下控制精度也很高。因此，本文提出了一种新的控制系统结构，并且在光盘转速几乎等于10000转每分钟的条件下实现高精度的跟踪控制。本文所示的前馈控制器是基于跟踪误差的预测和存储器的跟踪误差，这是基于相位跟踪零误差控制。在跟踪伺服系统仅使用跟踪误差实现所需的跟踪伺服性能。提出的前馈控制系统在磁盘转速8000转每分钟的条件下很好地抑制周期性扰动。
　　切向力的峰值是在取最大切向力系数的情况下产生的。当电动多个单元的驱动/制动转矩超过最大切向力，电动多个单元有一个空转/滑行现象。因此，最大切向力系数可被描述为附着系数。所需的防滑再粘着控制应保持驱动转矩在最大切向力附近。一般电动多个单元的驱动系统具有低分辨率的旋转编码器的速度传感器。控制电机的转矩迅速抑制空转滑行现象是非常难的。为了实现一个快速的转矩响应，本文提出的无传感器矢量控制系统驱动四个电动多个单元的感应电动机。基于估计的切向力的转矩给定模式适用于提出的再粘着控制。
　　为了确认给出的防滑再粘着控制系统的有效性，本文将所提出的方法应用于实际电动多个单元。在205-5000系列的电动多个单元里，无传感器矢量控制系统由一个PWM逆变器调节四个感应马达。测试列车的驱动轮和轮轨都被喷洒了水，实验结果指出，给出的防滑再粘着控制系统实现了所需的驱动轮扭矩响应于205～5000系列电动多个单元。
　　一、扰动观测器的鲁棒反馈伺服系统
　　本文采用光盘系统DDU1000，这个系统的跟踪致动器是电流驱动音圈电机。为了实现高性能的光盘跟踪伺服记录系统，提出一种基于互质分解和干扰观测的数字鲁棒反馈伺服系统。提出的反馈伺服系统具有一个双回路系统，提出的伺服系统被直接用来设计数字控制器。内环路系统是相当于基于状态反馈和状态观测器的闭环系统。外回路系统相当于基于扰动观测器的闭环系统。使用设计的反馈控制器，鲁棒反馈控制系统在3600转每分的条件下抑制了跟踪误差。然而，在光盘高速旋转下保持剩余跟踪误差是很难的。为了克服这个问题，提出新的自由参数，是通过在频域中使用循环的成型方法设计的。在这种情况下，包括了逆高通滤波器、逆陷波滤波器和超前相位元件。因此，设计的反馈控制系统可以抑制光盘转速高的情况下剩余的跟踪误差。
　　二、光盘系统突然扰动观测
　　如果一个人带着光盘记录系统奔跑或者跳跃，光盘系统会有突然的干扰。由于光盘系统受到突然的干扰导致音圈马达的输入有了扰动，它能够考虑当前的跟踪致动器。传统的扰动观测器估计突然干扰是很困难的，因为传统的扰动观测器同时估计周期性干扰和突發干扰。由于光斑的位置受周期性扰动和突然干扰的影响。跟踪误差是通过光斑位置和实际轨道位置之间的差异获得的。跟踪伺服系统只检测跟踪误差。
　　三、前馈控制跟踪误差的预测
　　用于抑制跟踪误差，基于ZPET控制和的鲁棒反馈伺服系统的鲁棒前馈跟踪伺服系统已经提出。控制器ZPET在一个光盘系统中拥有使用两种取样跟踪误差。我们有两个采样前向跟踪误差的估计方法。本文将跟踪误差作为一个周期函数。使用DSP内存，提出的估算方法会获得两个采样跟踪误差。
　　然而，提出的跟踪伺服系统中使用有前馈补偿的低通滤波器。结果，剩余的跟踪误差并没有减少。此外，提出的前馈跟踪伺服系统需要一个高性能的DSP器件。
　　为了克服这一问题，提出一种新的前馈补偿，快速零点和小信号噪音。跟踪误差的预测是由从ZPET-FF补偿的输出到跟踪误差的传递函数计算出来的。在我们之前的工作中因为有延误发生，我们提出新的前馈跟踪伺服系统。通过用突发扰动观测器和新的前馈跟踪伺服系统的构成跟踪伺服系统的总结构。
　　通过使用多速率突然扰动观测器的前馈伺服系统在周期性干扰和突发干扰条件下的实验结果。在本文中，剩余跟踪误差通过三次分配来进行评价。多速率突然扰动观测器能很好地补偿突发干扰的影响。跟踪伺服系统能对突发干扰和周期性扰动保持较小的跟踪误差。
　　本文重点在于基于干扰观测器的精细运动控制技术。第一种应用干扰观测的运动控制是基于干扰观测的电动通勤列车的防滑再粘着控制。我们已经将提出的方法应用到实际的电动多个单元。在205～5000系列的实验结果中，所提出的控制系统有所需的驱动轮转矩响应和所需的防滑控制性能。此外，本文提出了一种新的考虑到电动通勤列车的转向架动力学的高阶扰动观测。第二种应用扰动观测器的运动控制是为下一代光盘系统的高速和鲁棒跟踪伺服系统。为了这个目的，提出的伺服系统具有采用自由参数的鲁棒反馈控制系统，它是用干扰观测器设计的。此外，为了抑制突然的干扰，该伺服系统具有突发干扰观测器。本文提出了一种基于跟踪误差的预测的新型结构的前馈控制器。实验结果指出，提出的系统在磁盘转速8000转每分的条件下很好地调整了高精度跟踪伺服控制。