[发明专利]一种串级自抗扰的多闭环控制方法

摘要

本发明涉及一种串级自抗扰的多闭环控制方法，针对位置换向时存在较大的换向误差的问题，提出了将自抗扰控制器用于精密伺服系统速度环和位置环，构成了串级自抗扰控制方法，并在速度环和位置环的控制律方面作了改进，改进的实质就是将速度环和位置环设计为PID加扩张状态观测器的自抗扰控制。由于常规非线性自抗扰控制方法参数众多且难以整定，本发明采用线性自抗扰结构，大大减少了需要整定的参数个数，具有结构简单，参数容易整定的优势，能明显减小跟踪位置误差，提高系统的跟踪精度。

主权项

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θl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，kp,ki,kd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‑θlz·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，kp1,ki1,kd1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θref＝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。