[发明专利]一种调控电机速度环的分数阶自抗扰控制器的设计方法

说明书

本发明属于控制器设计相关技术领域，并公开了一种调控电机速度环的分数阶自抗扰控制器的设计方法。该方法包括：S1构建电机速度环与分数阶自抗扰控制器的关系，构建待调控电机速度环系统的控制率u、分数阶PD控制器的输出u₀以及待调控电机速度环系统中总扰动f的关系式；S2设计扩张状态观测器；S3构建包括扩张状态观测器、PD控制器、增益‑相位裕度测试器和补偿后的速度环控制对象的闭环控制系统，求解扩张状态观测器和PD控制器中的未知参数，以此实现分数阶自抗扰控制器的设计。通过本发明，实现控制器的设计，鲁棒性强，精度高。

技术领域

本发明属于控制器设计相关技术领域，更具体地，涉及一种调控电机速度环的分数阶自抗扰控制器的设计方法。

背景技术

永磁同步电动机在各个领域应用都十分广泛，在各种自动化设备、机器人中大多数都采用永磁同步电动机，其具有响应速度快、精度高、功率大等优点，而速度环又是电机矢量控制中最重要的一环，因此，对永磁同步电动机速度环的精确控制极为关键。

目前，最常用的速度环控制器为PID，但是其对外部扰动的抵抗能力有限。自抗扰控制方法是由中国学者韩京清教授所提出的，近年来得到了广泛关注和应用。分数阶控制器作为整数阶控制器的一般形式，其控制性能被证明优于整数阶控制器。因此，此发明将提出一种分数阶自抗扰控制器。关于自抗扰控制器的整定方法，基于频域指标的方法一直没有得到重视，但是在工程应用中频域法即为重要，因此，本发明提出一种基于频域指标和时域指标的自抗扰控制器的参数整定方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种调控电机速度环的分数阶自抗扰控制器的设计方法，其中，通过采用分数阶自抗扰控制器对电机速度环进行控制，并采用增益-相位裕度测试器求解分数阶自抗扰控制器中未知参数的求解，进而实现对分数阶自抗扰控制器的设计，该设计方法得到的控制系统对外部扰动和内部模型的不确定性都有很强的鲁棒性强，并且可以实现最优的动态控制性能。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种调控电机速度环的分数阶自抗扰控制器的设计方法，该设计方法包括下列步骤：

S1构建电机速度环与分数阶自抗扰控制器的关系

对于待调控电机速度环系统，采用分数阶自抗扰控制器对其速度环进行调控，该分数阶自抗扰控制器包括分数阶PD控制器和扩张状态观测器，构建待调控电机速度环系统的控制率u、分数阶PD控制器的输出u₀以及待调控电机速度环系统中总扰动f的关系式(一)，其中，所述待调控电机速度环系统中总扰动f通过所述扩张状态观测器进行估计；

S2设计扩张状态观测器

对于待调控电机速度环系统，获取电机速度环控制对象的微分方程和状态空间模型，根据所述扩张状态观测器用于估计所述总扰动的作用，设计所述扩张状态观测器；

S3求解扩张状态观测器和PD控制器中的未知参数

S31根据所述关系式(一)，采用扩张状态观测器估计的总扰动对待调控电机速度环对象进行补偿，以此获得补偿后的电机速度环控制对象；

S32构建包括扩张状态观测器、PD控制器、增益-相位裕度测试器和补偿后的速度环控制对象的闭环控制系统；

S33利用所述闭环控制系统的约束条件和边界条件，计算所述扩张状态观测器和分数阶PD控制器中的未知参数，以此实现分数阶自抗扰控制器的设计。

进一步优选地，在步骤S1中，所述关系式(一)按照下列表达式进行：

其中，b是电机速度环增益。

进一步优选地，在步骤S1中，所述分数阶PD控制器的传递函数为：