一种改进型自抗扰控制器制造技术

本发明专利技术公开了一种改进型自抗扰控制器，所述跟踪微分控制器对输入电流给定信号进行安排过渡，得到光滑过渡信号；将跟踪微分控制器的输出信号与扩张状态观测器的一个输出信号Z21进行比较，得出系统误差e；将系统误差作为新型非线性状态误差反馈控制率的输入信号；将系统的总扰动扩张成一个状态，用新型扩张状态观测器观测总扰动并实时补偿，可以得到被控对象的电流输出iq。新型自抗扰控制器提升了传统自抗扰控制器的原点周围平滑性，解决了自抗扰控制器的高频颤振问题；通过MATLAB‑Simulink环境下的仿真证明，改进型自抗扰控制器具有较好的快速性、稳定性和鲁棒性等优越性能，具有很高的工程实用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于永磁同步电机交流伺服系统电流环的自抗扰控制器，尤其涉及的是一种改进型自抗扰控制器。
技术介绍
传统的PID控制器结构简单，参数调节比较容易，因此在工业控制中，得到了广泛的应用，然而当系统对象的参数变化范围较大或非线性效应显著时，其应用受到限制，并且通过线性组合的方式常常会引起系统快速性和超调量间的矛盾。自抗扰控制器Active Disturbance Rejection Controller，ADRC尽管显示了其强大的鲁棒性和适应性，但目前仍存在很多不足，如原点附近高频颤振现象没有解决、自抗扰能力不足等。非线性函数是自抗扰控制器的核心部分，因此设计出合理的非线性函数是设计的重要工作，在设计非线性函数时考虑以下因素：(1)在原点附近具有好的收敛性；(2)原点处连续，且函数值为0。经过大量的实验、仿真研究，常规的自抗扰控制器采用的是fal(·)函数，其表达式如下： f a l ( e , α , δ ) = | e | α s i g n ( e ) , | e | > δ e / δ 1 - α , | e | ≤ δ , δ > 0 ]]>该非线性函数的特点：α大小影响fal(·)函数的非线性程度，α＝0时，非线性最强；α＝1时线性最强。δ的大小影响fal(·)函数的线性段区间的长度。因此，当输入为误差信号时，可以通过调节fal(·)函数的参数，使得反馈环节在误差较大时，产生较小的反馈增益，在误差较小时，产生较大的反馈增益，在保证系统的稳定性的同时，使系统快速的达到稳定。fal(·)函数虽然连续，但不可导(不光滑)。如果误差在线性段内变动，则消除了振荡影响，然而如果δ取值较小，导数的突变将导致系统性能变坏，并不能避免高频颤振，甚至产生更大的振荡。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种改进型自抗扰控制器，通过改进非线性函数的收敛性、连续性和可导性，从而改进自抗扰控制器ADRC的性能。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括跟踪微分控制器Tracking Differentiator，TD；扩张状态观测器Extended State Observer，ESO；非线性状态误差反馈控制率Nonlinear State Error Feedback，NLSEF；所述跟踪微分控制器对输入电流给定信号进行安排过渡，得到光滑过渡信号；将跟踪微分控制器的输出信号与扩张状态观测器的一个输出信号Z21进行比较，得出系统误差e；将系统误差作为非线性状态误差反馈控制率的输入信号；将系统的总扰动扩张成一个状态，用扩张状态观测器观测总扰动并实时补偿，可以得到被控对象的电流输出iq。所述跟踪微分控制器的控制函数为： f h = f h a n ( Z 11 - i q * , v 2 , r 0 , h 0 ) Z 11 . = v 2 v 2 . = f h ]]>其中：是电流给定值，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进型自抗扰控制器，其特征在于，包括跟踪微分控制器Tracking Differentiator，TD；扩张状态观测器Extended State Observer，ESO；非线性状态误差反馈控制率Nonlinear State Error Feedback，NLSEF；所述跟踪微分控制器对输入电流给定信号进行安排过渡，得到光滑过渡信号；将跟踪微分控制器的输出信号与扩张状态观测器的一个输出信号Z21进行比较，得出系统误差e；将系统误差作为非线性状态误差反馈控制率的输入信号；将系统的总扰动扩张成一个状态，用扩张状态观测器观测总扰动并实时补偿，可以得到被控对象的电流输出iq。

【技术特征摘要】
1.一种改进型自抗扰控制器，其特征在于，包括跟踪微分控制器Tracking Differentiator，TD；扩张状态观测器Extended State Observer，ESO；非线性状态误差反馈控制率Nonlinear State Error Feedback，NLSEF；所述跟踪微分控制器对输入电流给定信号进行安排过渡，得到光滑过渡信号；将跟踪微分控制器的输出信号与扩张状态观测器的一个输出信号Z21进行比较，得出系统误差e；将系统误差作为非线性状态误差反馈控制率的输入信号；将系统的总扰动扩张成一个状态，用扩张状态观测器观测总扰动并实时补偿，可以得到被控对象的电流输出iq。2.根据权利要求1所述的一种改进型自抗扰控制器，其特征在于，所述跟踪微分控制器的控制函数为： f h = f h a n ( Z 11 - i q * , v 2 , r 0 , h 0 ) Z 11 . = v 2 v 2 . = f h ]]>其中：是电流给定值，Z11是的跟踪信号，r0为非线性因子，h0为滤波因子。3.根据权利要求2所述的一种改进型自抗扰控制器，其特征在于，所述跟踪微分控制器中的fhan(v1,v2,r0,h0)是最速控制函数，表达式如下： f h a n ( v 1 , v 2 , r 0 , h 0 ) = - r s i g n ( α ) , | α | > δ r α δ , | α | ≤ δ ]]>其中：并且r0为速度因子，h0为滤波因子，取h0＝0.01，跟踪微分控制器TD的输出v1会在加速度限制下以最快速度跟踪输入信号v(t)，而且r越大，跟踪速度越快，当v1快速跟踪v(t)时，输出v2即为输入信号v(t)的微分，滤波因子h0用于滤除输入信号v(t)的噪声，从而对带有噪声的输入信号实现滤波和微分计算，h0的值越大滤波效果越明显。4.根据权利要求1所述的一种改进型自抗扰控制器，其特征在于，所述扩张状态观测器的计算模型是： e 1 = z 21 - i q z 21 . = z 22 - β 1 n e w f a l ( e 1 , α 0 , δ 1 ) + b 0 u ( t ) ...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丙友，杨会成，赵丽，金一，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34