[发明专利]一种串级自抗扰的多闭环控制方法

权利要求书

1.一种串级自抗扰的多闭环控制方法，其特征在于：速度环和位置环均采用线性自抗扰控制器，其具体步骤如下：

步骤(1)：搭建速度环自抗扰控制器闭环回路；所用的跟踪实验平台，由电机、负载、连接轴、测速机，编码器等组成，速度信号由测速机采回，位置信号θ_l由编码器采回；

步骤(2)：设计速度环ESO：采用三阶自抗扰控制器，并将ESO估计出的总扰动加入控制器中；设计速度环ESO，具体形式如下：

e1=z1-θ·l]]>

z·1=z2-β1e1]]>

z·2=z3-β2e1+bu]]>

z·3=-β3e1]]>

对于观测器的参数，则根据以下的方法来整定：

β1=3ω0,β2=3ω02,β3=ω03]]>

其中，ω₀为观测器ESO的带宽，β₁,β₂,β₃为观测器ESO的参数，e₁为速度环系统误差，u为观测器ESO的输入，z₁,z₂,z₃为观测器ESO的输出，b为控制器参数；

步骤(3)：对于速度反馈信号，处理方式如下：方式1.如果在系统中装有速度传感器，则将传感器采回的速度信号直接送入速度环ESO；方式2.如果在系统中仅装有位置传感器，则将传感器采回的位置信号的微分作为速度信号送入速度环ESO；

步骤(4)：速度环控制律的设计：将速度环的控制律设计为PID控制器；将速度环的控制律设计为PID控制器，具体表达式如下：

u0=kp·a+ki∫0ta(τ)dτ-kd·z2]]>

u=u0-z3b]]>

其中，a＝r-z₁，k_p,k_i,k_d分别为速度环比例系数，积分系数，微分系数，r为速度环的输入信号；

步骤(5)：对于速度环自抗扰控制输入信号的处理：将位置环控制器的输出作为速度环控制器的输入信号；

步骤(6)：搭建位置环自抗扰控制闭环回路；

步骤(7)：设计位置环ESO1：

采用三阶自抗扰控制器，并将ESO1估计出的总扰动加入控制器中，以此来提前补偿系统受到的外界不确定因素的扰动，提高系统控制精度；设计位置环ESO1：

e₂＝z₁₁-θ_l

z·11=z22-β11e2]]>

z·22=z33-β22e2+b1u1]]>

z·33=-β33e2]]>

对于观测器的参数，则根据以下的方法来整定：

β11=3ω1,β22=3ω12,β33=ω13]]>

其中，ω₁为观测器ESO1的带宽，β₁₁,β₂₂,β₃₃为观测器ESO1的参数，e₂为位置环系统误差，u₁为观测器ESO1的输入，z₁₁,z₂₂,z₃₃为观测器ESO1的输出，b₁为控制器参数；

步骤(8)：对于位置反馈信号，处理方式如下：

由于系统中装有位置传感器，则将传感器采回的位置信号直接送入位置环ESO1；

步骤(9)：位置环控制律的设计：

将位置环的控制律设计为PID控制器，具体表达式如下：

u1=kp1·a1+ki1∫0ta1(τ)dτ-kd1·z22]]>

u11=u1-z33b1]]>

其中，a₁＝r₁-z₁₁，k_p1,k_i1,k_d1分别为位置环比例系数，积分系数，微分系数，r₁为位置环的输入信号；

步骤(10)：对于位置环自抗扰控制输入信号的处理：

选择输入信号为θ_ref＝0.3°sin(πt)；

该串级自抗扰的多闭环控制方法调试简单，所需要调整的参数不多，解决了非线性自抗扰控制参数众多，调试复杂的问题，进一步推广了自抗扰控制技术的应用；

该串级自抗扰的多闭环控制方法相对于传统的串级PID控制，明显减小了位置换向误差，消除了误差尖峰；

该串级自抗扰的多闭环控制方法相对未改进的串级自抗扰控制，大大减小了跟踪位置误差，无论是误差绝对值的最大值，还是误差的均方差都有很大的程度的减小；

步骤(4)中速度环控制律的设计，除了所述的PID控制器，还可以采用PI控制器、P控制器，自适应控制器；

步骤(9)中位置环控制律的设计，除了所述的PID控制器，还可以采用PI控制器、P控制器或自适应控制器；

步骤(10)中输入信号的选择，可以选择其它正弦信号。