[發明專利]一種無刷直流電機伺服系統跟蹤控制方法

在審

• 申請號: 202210842106.0
• 申請日: 2022-07-18
• 公開（公告）號: CN115051600A
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 周蘭;廖常超;孫永波
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08;H02P23/12;H02P23/14;G06F17/11;G06F17/16;G06F17/18
• 代理公司: 湖南喬熹知識產權代理事務所(普通合伙) 43262
• 代理人: 周瓊

1.一種無刷直流電機伺服系統跟蹤控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：根據電壓平衡方程和轉矩平衡方程，建立無刷直流電機伺服系統狀態空間模型；

步驟S2：利用加性狀態分解方法，將非線性無刷直流電機伺服系統的原跟蹤控制問題分解為線性時不變主系統的重復控制問題和非線性輔系統的魯棒鎮定控制問題；

步驟S3：針對線性周期主系統，建立重復控制律；

步驟S4：構造擴張狀態觀測器，對輔系統的不可測狀態和等價輸入干擾進行實時估計，建立基于等價輸入干擾補償的指令濾波反步控制規律；

步驟S5：整合主系統和輔系統的控制規律，構造集成控制器，以實現系統對多源干擾的同時抑制和周期性參考輸入信號的高精度跟蹤。

2.根據權利要求1所述的無刷直流電機伺服系統跟蹤控制方法，其特征在于，所述步驟S1中，由電壓平衡方程和轉矩平衡方程，先建立無刷直流電機模型，根據無刷直流電機模型建立無刷直流電機狀態空間模型：

其中系數矩陣：

其中，u(t)為加在兩相導通繞組上的電壓，M(t)為外負載轉矩，k_e是反電動勢系數，p是電機極對數，R＝R₀+△R為各相繞組電阻，L＝L₀+△L為各相繞組電感，J＝J₀+△J為電機轉子和負載的總轉動慣量，其中，R₀、L₀和J₀分別表示相電阻、相電感和轉動慣量的標稱值，△R、△L和△J分別表示相電阻、相電感和轉動慣量的攝動量，表示系統參數攝動導致的非線性動態f(x(t),u(t),M(t))和輸出可測非線性g(y(t))組成的多源擾動。

3.根據權利要求2所述的無刷直流電機伺服系統跟蹤控制方法，其特征在于，所述步驟S2中，利用加性狀態分解方法，構造主系統和輔系統，所述主系統為具有周期信號g(r_p(t))的LTI周期系統，其中，LTI周期主系統中的周期部分g(r_p(t))是從原系統中的非線性g(y(t))中提取出來的，y(t)周期與r_p(t)相同；所述輔系統為非線性，所述輔系統設有一個控制輸入參數用于抑制擾動。

4.根據權利要求3所述的無刷直流電機伺服系統跟蹤控制方法，其特征在于，構建擴張狀態觀測器對所述輔系統內部的不可測狀態和等價輸入干擾進行在線估計，結合指令濾波反步控制，設計基于等價輸入干擾補償的控制律。

5.根據權利要求4所述的無刷直流電機伺服系統跟蹤控制方法，其特征在于，所述輔系統為

其中，x_s1(t)和x_s2(t)分別是輔系統第一個狀態變量和第二個狀態變量，為輔系統所受總擾動，1/bd_total(t)是多重擾動f(x(t),u(t),M(t))和剩余非線性g(y(t))-g(r_p(t))的等價輸入干擾，u_s(t)為輔系統的控制輸入。

6.根據權利要求4所述的無刷直流電機伺服系統跟蹤控制方法，其特征在于，所述步驟S3中，縣構建改進型重復控制器，所述改進型重復控制器設有低通濾波器，將改進型重復控制器嵌入到主系統中，進行相位校正后得到基于相位補償的改進型重復控制器。

7.根據權利要求6所述的無刷直流電機伺服系統跟蹤控制方法，其特征在于，所述步驟S4中，先建立增廣輔系統狀態空間模型，再構建線性擴張狀態觀測器；基于線性擴張狀態觀測器的狀態估計誤差，對非線性輔系統設計基于等價輸入干擾補償的反步控制律。

8.根據權利要求7所述的無刷直流電機伺服系統跟蹤控制方法，其特征在于，所述步驟S5中，結合主系統重復控制律和輔系統干擾補償反饋控制律，得到基于等價輸入干擾補償的復合控制規律為：

其中，V(s)為改進型重復控制器的輸出v(t)的Laplace變換，L^-1表示Laplace變換，K(s)用于增強系統動態響應特性，一般選為PID控制器或超前-滯后補償器；和分別是輔系統第一個狀態變量x_s1(t)估計值和第二個狀態變量x_s2(t)估計值，為總擾動d_total(t)的估計。為第二個期望狀態變量的導數(虛擬控制輸入α₁(t)估計值的導數)，