[发明专利]一种采用自抗扰控制技术的网络化无刷直流电机时延补偿和控制方法

说明书

技术领域

本发明应用于网络化运动控制领域，涉及到基于工业网络的无刷直流电机控制问题，尤其是如何消除网络诱导时延对无刷直流电机控制系统性能的影响，实现一种有效的实时控制方法。 

背景技术

随着电力电子技术和微电子技术的发展，促生了一种新型调速电动机，即无刷直流电机。由于其低噪声、高效率、结构简单、使用寿命长、响应快速、较大的起动转矩等优点，目前已被广泛应用到数控机床、机械臂以及家用电器等领域。随着工业生产规模的不断扩大，对生产过程的安全要求的不断提高，传统的电机控制系统越来越无法满足实际需求。现代网络控制技术的发展，使得网络化控制代替传统控制方式成为可能。 

网络化控制系统是指用通讯网络连接传感器、控制器和执行器，代替传统的点对点的连接方式而构成的闭环控制系统。与传统的控制系统相比具有诸多优点，比如可远程操控、减少系统的连线、便于安装与维护以及系统信息集成和共享等。但是，在控制回路中引入通信网络也带来了一些新的问题，由于采用分时复用的信息传递方式，限于网络的承载能力和有限的带宽，必然会造成信息的冲撞、重传等情况的发生，从而导致了信息在控制系统的传输过程产生时延，而且时延随着网络负载的变化而变化，是时变、不确定的。 

网络诱导时延通常分为长时延(大于一个系统采样周期)和短时延(小于一个系统采样周期)，其中长时延的情况在实际系统中出现的频率并不高，长时延对运动控制系统会有很大的影响，工程上一般通过改善网络协议和结构将时延尽可能地减小，但是短时延的存在往往是不可避免的。 

本发明主要考虑如何降低甚至消除网络诱导时延对无刷直流电机控制系统性能的影响，目前，常用的处理方法包括鲁棒控制方法、Smith预估器补偿方法 以及基于时间驱动人为延长时延的方法等。其中，鲁棒控制方法不需要精确知道网络时延的大小，且鲁棒控制器具有较好的抗干扰能力，但保守性较大。Smith预估器方法则是用一个预估模型对时延进行补偿，但是它对电机模型的精确性要求较高，这在实际中往往难以实现。基于时间驱动执行器的人为延长时延的方法能够将时变时延转化为定常时延，便利了控制器的设计，但是会导致系统控制输入不能及时更新，降低了系统的控制性能。 

发明内容

为了克服上述提到的现有控制方法的无法解决时变时延引起的不确定动态进行准确估计、抗干扰能力较弱的不足，本发明采用自抗扰技术设计网络化无刷直流电机控制系统的时延补偿和控制策略，可以有效地将时变网络诱导时延引起的不确定动态用扩张状态观测器实时估计并补偿，此方法对时延引起的不确定性和系统内外扰动以及模型不确定性均具有很强的抑制能力。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案： 

一种采用自抗扰控制技术的网络化无刷直流电机时延补偿和控制方法，所述方法包括以下步骤： 

步骤1)建立含有时变网络诱导时延的无刷直流电机控制系统模型。 

考虑网络诱导时延小于一个采样周期的情况，将网络化无刷直流电机控制系统描述为一个具有一步输入时滞的离散时间线性时变系统，进而将时变时延引起的系统不确定动态部分描述为系统的加性噪声，具体过程包括： 

1.1)建立无刷直流电机控制系统的线性化传递函数模型 

无刷直流电机控制系统由电流环和转速环构成，且电流环和转速环均可由一个一阶线性模型描述，经过两者的串联得到无刷直流电机控制系统的二阶系统模型，其传递函数为： 

N(s)U(s)=bs2+as+c---(1)]]>