[发明专利]一种转阀驱动电机自抗扰控制器的控制方法

说明书

本发明公开了一种转阀驱动电机自抗扰控制器的控制方法，包括以下步骤：(1)构造了连续光滑的hui函数；(2)跟踪微分器(TD)对输入的信号安排过渡过程；(3)利用扩张状态观测器(ESO)估计系统状态和作用于对象的“总和扰动”；(4)非线性状态误差反馈控制律(NLSEF)对反馈信号进行非线性计算；(5)形成扰动补偿控制量。本发明的有益之处在于：转阀驱动电机自抗扰控制器的控制方法能够实时给予补偿来提高驱动电机动态性能；利用本发明的方法改良的新型自抗扰控制器具有更优异的控制效果和鲁棒性。

技术领域

本发明涉及一种控制方法，具体涉及一种转阀驱动电机自抗扰控制器的控制方法，属于电机控制技术领域。

背景技术

转阀驱动电机转子在旋转过程中，会受到钻井液的变阻力矩作用，而钻井液变阻力矩大小受流量、转阀开度等多种因素影响，没有有效的测量手段能够获得转子旋转速度的瞬时大小。因此，需要通过控制器消除对转阀电机动态性能和泥浆压力信号的不利影响。

然而，传统PID控制器的被控输出y是动态环节的输出，有一定的惯性，其变化不可能跳变，但设定值v是系统外部给定的，可以跳变，直接采用它们之间的误差信息e＝v—y来消除这个误差，就意味着让不可能跳变的物理量y来跟踪可以跳变的物理量v，这在实际应用中很难实现。其次，PID控制中要用误差的微分信号由于没有提取微分信号的合理办法和合理装置，因此不能充分发扬误差微分的反馈作用。并且在PID中的误差反馈律是误差的现在(P)、过去(I)、将来(D)的加权(线性组合)，这些量的线性组合不一定是最合适的组合形式，在非线性范围内还存在更合适、更有效的组合形式。另外PID控制中的误差积分反馈的应用，对抑制常值扰动的作用是显著的，然而常常使闭环系统的反应迟钝，容易产生振荡和控制量饱和等负作用。所以，通过传统的PID控制进行难以消除对转阀电机动态性能、泥浆压力信号的不利影响，因此导致驱动电机动态性能受到影响，导致传输信号质量不佳。

自抗扰控制器(ADRC)由跟踪微分器(TD)，扩张状态观测器(ESO)，和非线性状态误差反馈控制律(NLSEF)构成。在早期自抗扰控制器的设计中，使用扩张状态观测器中的非线性函数如下：

han(e,a)＝|e|^asign(e)

在扩张状态观测器中，此函数可以很好地估计其状态变量，但在e的取值很小时，会产生高频颤振，因此在当今设计的自抗扰控制器中，会把han函数改造成原点周围线性段的连续的幂次函数fal(e,a,δ)。自抗扰控制器吸收经典控制理论思想的精华并结合现代控制理论，通过扩张状态观测器(ESO)实时对总扰动进行估计，并加以消除，同时不依赖于系统模型，使得控制系统的设计更为简单、直观。经典自抗扰控制器应用的函数fal函数，形式如下：

但fal函数是分段函数，虽然连续但并不光滑可导，函数的非光滑性会容易导致高频颤振现象，当误差较小的时候，小到需要在|e|≤δ内取值的时候，有时系统参数也需要将δ参数调整的非常小，这就导致了系统在分段点±δ处导数的突变最终导致系统性能变差，产生高频颤振，增大了自抗扰控制器的设计难度，不便应用。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种转阀驱动电机自抗扰控制器的控制方法。采用先进的自抗扰控制策略，以其不依赖于对象与扰动模型的优势，实时估计补偿作用在驱动电机上的所有扰动，克服变阻力矩等不利影响，来提高驱动电机动态性能，提高连续波泥浆脉冲器的信号传输质量。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种转阀驱动电机自抗扰控制器的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：构造连续光滑的hui函数；

hui函数在|e|＞δ时，表达式为：

hui(e，a，δ)＝|e|^asign(e)