CN109327181B - 一种基于扰动观测器的伺服控制律生成方法 - Google Patents

一种基于扰动观测器的伺服控制律生成方法 Download PDF

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors

Abstract

一种基于扰动观测器的伺服控制律生成方法，通过设置扰动观测器参数，将扰动观测器作为控制律使用。为伺服控制律提供了一种更简单、更直观的生成方法，提高了伺服系统控制律的生成效率。

Description

一种基于扰动观测器的伺服控制律生成方法
技术领域
本发明属于伺服控制率设计领域，具体涉及一种基于扰动观测器的伺服控制律生成方法。
背景技术
伺服系统控制律生成通常采用经典的PID方法，根据伺服系统执行机构的频域特性，调节PID控制器的参数，从而生成一套可行的控制律。这种方法简单易懂、成熟有效，已被工程上无数产品使用验证。但是该方法在使用过程中很难将所选控制律参数与闭环伺服系统的特性对应起来，控制律的参数选择几乎完全依靠工程师的经验，而工程师通过控制律本身对闭环伺服系统的掌控也不够直观。
发明内容
本发明的目的：
提出一种新的伺服控制律生成方法，使得工程师能够更简单、直观的通过伺服电机模型生成一套可行的伺服控制律。
本发明的技术方案：
一种基于扰动观测器的伺服控制律生成方法，通过设置扰动观测器参数，将扰动观测器作为控制律使用。
所述的一种基于扰动观测器的伺服控制律生成方法，包括以下步骤：
步骤1、对伺服电机进行建模；
步骤2、对伺服电机模型进行频域分析，确定该伺服电机从输入电压到输出角速度的带宽ωdj；
步骤3、建立闭环伺服电机模型，设G＝feedback(P，1) G＝Pn(1+Δ)
步骤4、确定闭环伺服系统期望模型Pn的带宽ωqw；
步骤5、对闭环伺服电机模型进行线性分式变换；
步骤6、根据模型G和期望模型Pn确定误差变量Δ的频域特性后，根据||QΔ||∞＜1即可确定滤波器Q的带宽ωlb；
步骤8、由滤波器Q的带宽ωlb计算获得滤波器Q；
步骤7、由滤波器Q和期望模型Pn共同组成了伺服控制律模型。
所述的一种基于扰动观测器的伺服控制律生成方法，所述步骤4中可选取期望模型的带宽为伺服电机带宽的八～十分之一，以该带宽的惯性环节作为闭环伺服系统期望模型，可得：
ωqw＝ωdj/10
Figure BDA0001802065130000021
所述的一种基于扰动观测器的伺服控制律生成方法，所述步骤5中将闭环伺服电机模型变换成期望模型Pn和误差变量Δ的线性分式变换形式，其中：
Figure BDA0001802065130000022
所述的一种基于扰动观测器的伺服控制律生成方法，所述步骤8包括：
Figure BDA0001802065130000023
本发明的优点：
为伺服控制律提供了一种更简单、更直观的生成方法，提高了伺服系统控制律的生成效率。
附图说明：
图1为扰动观测器模型框图；
图2为基于扰动观测器的闭环伺服系统线性分式变换模型框图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
扰动观测器是一种近似估计外部扰动的线性方法，它由期望模型和滤波器组成。扰动观测器本身通过合理的设计也可以作为控制律使用。利用这种方法，可以直观的按总体对伺服系统提出的指标设定一个期望模型，大概计算期望模型和实际模型的误差后，通过小增益定理确定扰动观测器中滤波器的带宽，从而生成一个有效可行的伺服控制律。
具体步骤如下
对被控对象(伺服电机)进行建模；
对伺服电机模型进行频域分析，确定该伺服电机从输入电压到输出角速度的带宽ωdj；
确定闭环伺服系统期望模型Pn(参照图1)的带宽ωqw，
可选取期望模型的带宽为伺服电机带宽的八～十分之一，以该带宽的惯性环节作为闭环伺服系统期望模型
ωqw＝ωdj/10
Figure BDA0001802065130000031
对伺服电机模型进行线性分式变换，
将其变换成期望模型Pn和误差变量Δ的线性分式变换形式(参照图2)。其中
Figure BDA0001802065130000032
根据图2的线性分式变换框图及小增益定理可得：为使系统保持稳定，需满足
||QΔ||∞＜1
根据模型G和期望模型Pn确定误差变量Δ的频域特性后，根据上式即可确定滤波器Q的带宽ωlb(Q也直接使用惯性环节)
Figure BDA0001802065130000041
滤波器Q和期望模型Pn共同组成了伺服控制律模型。

Claims (4)

1.一种基于扰动观测器的伺服控制律生成方法，其特征在于，通过设置扰动观测器参数，将扰动观测器作为控制律使用；
包括以下步骤：
步骤1、对伺服电机进行建模；
步骤2、对伺服电机模型进行频域分析，确定该伺服电机从输入电压到输出角速度的带宽
Figure 663541DEST_PATH_IMAGE001
；
步骤3、建立闭环伺服电机模型，设
Figure 101476DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 335142DEST_PATH_IMAGE003
；
步骤4、确定闭环伺服系统期望模型
Figure 807712DEST_PATH_IMAGE004
的带宽
Figure 717899DEST_PATH_IMAGE005
；
步骤5、对闭环伺服电机模型进行线性分式变换；
步骤6、根据模型G和期望模型
Figure 643129DEST_PATH_IMAGE006
确定误差变量Δ的频域特性后，根据||QΔ|| ∞ ＜1即可确定滤波器Q的带宽
Figure 867437DEST_PATH_IMAGE007
；
步骤7、由滤波器Q的带宽
Figure 506098DEST_PATH_IMAGE008
计算获得滤波器Q；
步骤8、由滤波器Q和期望模型
Figure 790449DEST_PATH_IMAGE009
共同组成了伺服控制律模型。
2.根据权利要求1所述的一种基于扰动观测器的伺服控制律生成方法，其特征在于，所述步骤4中可选取期望模型的带宽为伺服电机带宽的八～十分之一，以该带宽的惯性环节作为闭环伺服系统期望模型，可得：
Figure 202976DEST_PATH_IMAGE010
；
Figure 27712DEST_PATH_IMAGE011
。
3.根据权利要求1所述的一种基于扰动观测器的伺服控制律生成方法，其特征在于，所述步骤5中将闭环伺服电机模型变换成期望模型
Figure 209295DEST_PATH_IMAGE006
和误差变量Δ的线性分式变换形式，其中：
Figure 664547DEST_PATH_IMAGE012
。
4.根据权利要求1所述的一种基于扰动观测器的伺服控制律生成方法，其特征在于，所述步骤8包括：
Figure 377419DEST_PATH_IMAGE013
。
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