[發明專利]一種轉閥驅動電機自抗擾控制器的控制方法

在審

• 申請號: 201911038282.3
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN110703591A
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發明（設計）人: 惠昭航
• 申請（專利權）人: 西安石油大學
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 61254 西安中科匯知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉玲玲;李慧芳

本發明公開了一種轉閥驅動電機自抗擾控制器的控制方法，包括以下步驟：(1)構造了連續光滑的hui函數；(2)跟蹤微分器(TD)對輸入的信號安排過渡過程；(3)利用擴張狀態觀測器(ESO)估計系統狀態和作用于對象的“總和擾動”；(4)非線性狀態誤差反饋控制律(NLSEF)對反饋信號進行非線性計算；(5)形成擾動補償控制量。本發明的有益之處在于：轉閥驅動電機自抗擾控制器的控制方法能夠實時給予補償來提高驅動電機動態性能；利用本發明的方法改良的新型自抗擾控制器具有更優異的控制效果和魯棒性。

技術領域

本發明涉及一種控制方法，具體涉及一種轉閥驅動電機自抗擾控制器的控制方法，屬于電機控制技術領域。

背景技術

轉閥驅動電機轉子在旋轉過程中，會受到鉆井液的變阻力矩作用，而鉆井液變阻力矩大小受流量、轉閥開度等多種因素影響，沒有有效的測量手段能夠獲得轉子旋轉速度的瞬時大小。因此，需要通過控制器消除對轉閥電機動態性能和泥漿壓力信號的不利影響。

然而，傳統PID控制器的被控輸出y是動態環節的輸出，有一定的慣性，其變化不可能跳變，但設定值v是系統外部給定的，可以跳變，直接采用它們之間的誤差信息e＝v—y來消除這個誤差，就意味著讓不可能跳變的物理量y來跟蹤可以跳變的物理量v，這在實際應用中很難實現。其次，PID控制中要用誤差的微分信號由于沒有提取微分信號的合理辦法和合理裝置，因此不能充分發揚誤差微分的反饋作用。并且在PID中的誤差反饋律是誤差的現在(P)、過去(I)、將來(D)的加權(線性組合)，這些量的線性組合不一定是最合適的組合形式，在非線性范圍內還存在更合適、更有效的組合形式。另外PID控制中的誤差積分反饋的應用，對抑制常值擾動的作用是顯著的，然而常常使閉環系統的反應遲鈍，容易產生振蕩和控制量飽和等負作用。所以，通過傳統的PID控制進行難以消除對轉閥電機動態性能、泥漿壓力信號的不利影響，因此導致驅動電機動態性能受到影響，導致傳輸信號質量不佳。

自抗擾控制器(ADRC)由跟蹤微分器(TD)，擴張狀態觀測器(ESO)，和非線性狀態誤差反饋控制律(NLSEF)構成。在早期自抗擾控制器的設計中，使用擴張狀態觀測器中的非線性函數如下：

han(e,a)＝|e|^asign(e)

在擴張狀態觀測器中，此函數可以很好地估計其狀態變量，但在e的取值很小時，會產生高頻顫振，因此在當今設計的自抗擾控制器中，會把han函數改造成原點周圍線性段的連續的冪次函數fal(e,a,δ)。自抗擾控制器吸收經典控制理論思想的精華并結合現代控制理論，通過擴張狀態觀測器(ESO)實時對總擾動進行估計，并加以消除，同時不依賴于系統模型，使得控制系統的設計更為簡單、直觀。經典自抗擾控制器應用的函數fal函數，形式如下：

但fal函數是分段函數，雖然連續但并不光滑可導，函數的非光滑性會容易導致高頻顫振現象，當誤差較小的時候，小到需要在|e|≤δ內取值的時候，有時系統參數也需要將δ參數調整的非常小，這就導致了系統在分段點±δ處導數的突變最終導致系統性能變差，產生高頻顫振，增大了自抗擾控制器的設計難度，不便應用。

發明內容

為解決現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種轉閥驅動電機自抗擾控制器的控制方法。采用先進的自抗擾控制策略，以其不依賴于對象與擾動模型的優勢，實時估計補償作用在驅動電機上的所有擾動，克服變阻力矩等不利影響，來提高驅動電機動態性能，提高連續波泥漿脈沖器的信號傳輸質量。

為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：

一種轉閥驅動電機自抗擾控制器的控制方法，包括以下步驟：

步驟一：構造連續光滑的hui函數；

hui函數在|e|＞δ時，表達式為：

hui(e，a，δ)＝|e|^asign(e)