[發明專利]一種提高無刷直流電機抗擾能力的復合控制方法

有效

• 申請號: 202011574406.2
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112688599B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 周蘭;姜福喜;張鑄
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08;H02P6/34;H02P23/00;H02P23/12;H02P23/14
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 周長清

本發明公開了一種提高無刷直流電機抗擾能力的復合控制方法，其步驟包括：步驟S1：構建無刷直流電機狀態方程，將參數攝動和外負載干擾歸納為總擾動，并建立無刷直流電機伺服系統狀態空間模型；步驟S2：將所述總擾動作為擴展狀態變量，通過分離系統可測狀態與不可測狀態，重建系統等價狀態空間模型；步驟S3：構造降階擴張狀態觀測器，在線估計總擾動和系統不可測狀態；步驟S4：利用上述降階擴張狀態觀測器的估計值和系統可測狀態，設計基于擾動動態補償的反步控制器，抑制擾動對系統輸出的影響，提高系統的動態性能和魯棒性，并保證系統輸出對參考輸入的準確跟蹤。本發明具有實現簡單、控制實時性強、跟蹤精度高等優點。

技術領域

本發明主要涉及到電機控制技術領域，特指一種提高無刷直流電機抗擾能力的復合控制方法。

背景技術

無刷直流電機不僅具有交流電機運行可靠、結構簡單的優點，還具備直流電機運行效率高、調速性能好的特性，因此被廣泛應用于航空航天、汽車電子、機器人等領域。在多數應用場合中，傳統PID控制能夠滿足系統的性能要求，但是考慮到無刷直流電機本身是一個多變量、強耦合、非線性系統，當電機運行過程中受參數攝動和外部負載等較大不確定性干擾的影響時，傳統控制方法的控制精度難以達到要求，嚴重時甚至損害系統的穩定性。因此，研究一種提高無刷直流電機抗擾能力的復合控制方法及系統具有重要的理論意義和應用價值。

為提高無刷直流電機伺服系統的擾動抑制性能和控制精度，近年來國內外學者進行了大量研究。

例如，文獻(無刷直流電機轉速伺服系統反步高階滑模控制[J]，控制與決策，2016，31(6)：961-968)提出一種新型的多滑模反步高階滑模非線性控制方法，通過在控制律設計的每一步都引入二階滑模Super-Twisting算法，消除滑模抖振，抑制各級子系統的外部擾動及內部參數攝動對系統的不利影響，提高系統魯棒性。

又例如，文獻(無刷直流電機的分數階滑模控制器設計[J]，火力與指揮控制，2018，43(6)：81-85)提出一種無刷直流電機調速系統分數階滑模控制策略，分別從滑模面和趨近律兩方面進行分數階滑模控制器的設計，有效地削弱了滑模變結構控制帶來的系統抖振并提高了系統魯棒性和控制精度。

又例如，文獻(Gain-adaptive robust backstepping position control of aBLDC motor system[J]，IEEE/ASME Transactions on Mechatronics，2018，23(5)：2470-2481)提出一種增益自適應魯棒反步控制器，用于無刷直流電機的位置跟蹤與干擾抑制，其中增益學習機制能夠實現在不同工作狀態下所有控制器增益的自動調節，具有較強的靈活性。

值得注意的是，上述幾種控制方法都使用全狀態反饋控制，需要保證系統所有狀態都能準確測量。而對于實際無刷直流電機伺服系統，通常只有電機轉速方便直接測量，若要準確測量其他狀態無疑增加了控制成本和電機的機械結構復雜性。此外，大量的測量噪聲也可能會降低全狀態反饋控制實現的可能性。

又例如，文獻(基于改進廣義預測控制算法的無刷直流電機控制仿真[J]，信息與控制，2017，46(3)：350-357)針對無刷直流電機負載運行時穩態跟蹤誤差大、電機性能受負載不確定性影響的問題，提出了一種基于改進廣義預測控制算法的調速方法。對于外部負載不為零引起的模型失配現象，采用負載反饋補償來改善系統性能，但是這種補償需要假設外部負載是完全可測的，而在實際控制系統中這樣的假設通常難以實現。

發明內容

本發明要解決的技術問題就在于：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種實現簡單、控制實時性強、跟蹤精度高，同時魯棒性能好的無刷直流電機伺服系統擾動抑制與轉速跟蹤控制方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種提高無刷直流電機抗擾能力的復合控制方法，其步驟包括：