[发明专利]一种周期扰动观测器的设计方法

说明书

本发明公开了一种周期扰动观测器的设计方法，包括步骤：S1、基于扰动观测器原理以及周期信号的特性，在扰动观测器的滤波器基础上添加延时环节，建立周期扰动观测器的控制模型；S2、确定周期扰动观测器的控制模型中滤波器的设计选型；S3、通过数学推导与实验仿真，确定周期扰动观测器的控制模型中的相关参数，最终完成周期扰动观测器的设计。本发明采用引入延时环节的方式精确控制补偿对应频率的周期干扰，提高控制系统的稳定性与鲁棒性，该观测器可与自适应系统配合，完成控制系统(如电机控制系统)的抗干扰模块，实现系统的稳定运行。

技术领域

本发明涉及抗扰控制系统的技术领域，尤其是指一种周期扰动观测器的设计方法。

背景技术

扰动观测器(DOB)是基于干扰观测和补偿技术的一种控制思想及控制实现。DOB的主要优点是结构简单，灵活性高，应用范围广泛，能有效的补偿被控对象所受的外界扰动，尤其是对于非线性系统和不确定性系统。在DOB的基础上，衍生了多种自适应控制算法与干扰补偿算法，针对不同的控制目的与工艺要求，产生了多种DOB设计结构与方法。总体来说针对干扰信号的线性或非线性，可将扰动观测器及其采用的方法以此分为两大类。

在此背景下，考虑到在实际工业生产活动中，存在大量的重复操作，大多数重复性活动会引起由基波和谐波组成的周期性干扰。由重复操作引起的周期性的干扰将对控制系统产生很大影响，为了实现精确的周期性运动，需要解决考虑基波和谐波的周期性扰动抑制问题。

DOB的设计关键在于其中滤波器Q(z^-1)，DOB设计的Q(z^-1)目的为达到高通灵敏度(干扰)与低通补偿灵敏度(噪声)的平衡，但是，DOB的高通特性并不适合补偿周期性干扰，因为周期干扰仅在某些特定频率下才具有功率。本文中，针对周期性的干扰，在DOB的基础上添加延时环节，设计出一种周期扰动观测器，在保证系统稳定性及其他特性的基础上，补偿周期干扰的所有频率，其它干扰的放大也能得到抑制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种周期扰动观测器的设计方法，采用引入延时环节的方式精确控制补偿对应频率的周期干扰，提高控制系统的稳定性与鲁棒性，该观测器可与自适应系统配合，完成控制系统(如电机控制系统)的抗干扰模块，实现系统的稳定运行。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种周期扰动观测器的设计方法，该方法是在扰动观测器的基础上添加延时环节，配合特定的滤波器，设计出一种周期扰动观测器，以补偿周期干扰的所有频率，其包括以下步骤：

S1、基于扰动观测器原理以及周期信号的特性，在扰动观测器的滤波器基础上添加延时环节，建立周期扰动观测器的控制模型；

S2、确定周期扰动观测器的控制模型中滤波器的设计选型；

S3、通过数学推导与实验仿真，确定周期扰动观测器的控制模型中的相关参数，最终完成周期扰动观测器的设计。

在步骤S1中，在扰动观测器的滤波器基础上添加延时环节，建立周期扰动观测器的控制模型的过程如下：

参考控制系统框图，带有扰动观测器的控制系统输入输出表示如下：

y(z^-1)＝G_ry(z^-1)r(z^-1)+G_dy(z^-1)d(z^-1)+G_ny(z^-1)n(z^-1)