[发明专利]无刷直流电机伺服系统扰动抑制与高精度跟踪控制方法

权利要求书

1.一种无刷直流电机伺服系统扰动抑制与高精度跟踪控制方法，其特征在于，步骤包括：

步骤S1：根据电压平衡方程和转矩平衡方程建立含有扰动的无刷直流电机伺服系统状态空间模型；

步骤S2：根据无刷直流电机伺服系统状态空间模型设计降阶扩张状态观测器，实现对非匹配总扰动f(t，x_p，M_c)和电枢电流i(t)的实时估计；

步骤S3：根据参考输入的周期性特征设计改进型重复控制器，构造周期性参考输入信号发生器；

步骤S4：构建基于状态反馈控制器、扰动补偿器、重复控制器、前馈补偿器的复合控制器，同时实现伺服系统对非匹配扰动的有效抑制和对周期性参考输入的精确跟踪。

2.根据权利要求1所述的无刷直流电机伺服系统扰动抑制与高精度跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述伺服系统状态空间模型的建立步骤包括：

步骤S101：三相桥式无刷直流电机采用两两导通方式，即任意时刻只有两相电枢绕组导通，第三相悬空；假设驱动电路的功率器件为理想开关，电机的反电动势为梯形波，忽略续流二极管的电流，忽略粘滞阻尼，由电压平衡与转矩平衡可得无刷直流电机伺服系统微分方程：

其中，ω(t)为电机旋转角速度，i(t)为电枢电流，u(t)为电枢电压，J为电机转子转动惯量，L_s为相电感，R为相电阻，k_e为反电动势系数，p为电机极对数，M_c(t)为负载转矩；设J＝J₀(1+ΔJ)，J₀是转动惯量标称值，ΔJ是摄动量；

步骤S102：取状态变量为x_p(t)＝[ω(t) i(t)]^T，系统输出为y_p(t)＝ω(t)，定义总扰动为建立无刷直流电机伺服系统状态空间模型：

其中C_p＝[1 0]。

3.根据权利要求2所述的无刷直流电机伺服系统扰动抑制与高精度跟踪控制方法，其特征在于，总扰动f(t，x_p，M_c)和控制输入u(t)不在同一通道，属于非匹配扰动。

4.根据权利要求2-3中任意一项所述的无刷直流电机伺服系统扰动抑制与高精度跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述降阶扩张状态观测器的构建步骤包括：

步骤S201：定义扩张状态变量x₃(t)＝f(t，x_p，M_c)，设则增广系统状态空间模型为：

其中：

步骤S202：状态x₁(t)＝ω(t)即为系统输出，输出转速由霍尔传感器位置信号精确计算得到；对电流i(t)和总扰动f(t，x_p，M_c)进行估计即可，观测器由三阶降为二阶：

步骤S203：重新取状态变量控制输入输出建立降阶系统状态空间模型：

其中

步骤S204：针对降阶系统，设计如下观测器：

其中z(t)＝[z₁(t) z₂(t)]^T，分别是状态x₂(t)＝i(t)和x₃(t)＝f(t，x_p，M_c)的估计值，L为待设计的观测器增益矩阵。