一种串级自抗扰的多闭环控制方法技术

本发明专利技术涉及一种串级自抗扰的多闭环控制方法，针对位置换向时存在较大的换向误差的问题，提出了将自抗扰控制器用于精密伺服系统速度环和位置环，构成了串级自抗扰控制方法，并在速度环和位置环的控制律方面作了改进，改进的实质就是将速度环和位置环设计为PID加扩张状态观测器的自抗扰控制。由于常规非线性自抗扰控制方法参数众多且难以整定，本发明专利技术采用线性自抗扰结构，大大减少了需要整定的参数个数，具有结构简单，参数容易整定的优势，能明显减小跟踪位置误差，提高系统的跟踪精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高精度的跟踪控制
，具体涉及一种串级自抗扰的多闭环控制 方法。
技术介绍
目前所使用的控制系统中，大都采用经典的PID控制器，因其结构相对简单，概念 容易理解，并且不依赖于对象模型。但是，随着科技进步和控制品质要求的提高，经典PID 技术"不尽人意的缺陷"也慢慢显露出来，这就需要开发出性能比PID控制器更优良的控制 器来为新的高、精、尖科技领域服务。 为了进一步改善PID控制器在强干扰及不确定系统中的控制效果，1998年韩京清 教授在文献《自抗扰控制器及其应用》（《控制与决策》1998,（01): 19-23)中提出了自抗扰 控制的概念，自抗扰控制技术在一定程度上颠覆了控制工程中的模型化方法。其精妙的工 作机理在方法论上同样具有重要的意义。许多不同领域学者的进一步的理论分析、数字仿 真和部分实验都验证了自抗扰控制对非线性、大时滞、环境变化恶劣、强不确定性控制对象 都有良好的鲁棒性和适应性。北京控制工程研宄所的雷仲谋、吕振铎将自抗扰控制应用于 航天器姿态控制；清华大学热能工程系孙立明、李东海、姜学智等人将自抗扰控制应用于火 电站球磨机制粉系统中，所得到的计算机仿真结果也都显示了所设计的自抗扰控制器在未 知强非线性和不确定强扰动作用下能保证良好的控制精度。 自抗扰控制技术可以分为线性自抗扰和非线性自抗扰，本专利技术采用线性自抗扰结 构，减少了需要整定的参数个数，并将其用于速度闭环和位置闭环，构成了串级自抗扰控制 回路。此外，本专利技术在速度环和位置环的控制律设计方面作了改进，即将速度环和位置环的 控制律均设计为PID控制器，降低了跟踪位置误差，提高了跟踪精度。
技术实现思路
针对精密伺服控制系统中，位置换向时存在较大的换向误差的问题，本专利技术采用 线性自抗扰控制结构，将串级自抗扰的控制律作了改进，提出了一种串级自抗扰的多闭环 控制方法。实验结果表明，改进后的串级自抗扰大大减小了跟踪位置误差，提高了控制系统 的跟踪精度。 本专利技术采用的技术方案为：，其特征在于：速 度环和位置环均采用线性自抗扰控制器，其具体步骤如下： 步骤（1):搭建速度环自抗扰控制器闭环回路； 步骤（2):设计速度环ESO:采用三阶自抗扰控制器，并将ESO估计出的总扰动加 入控制器中； 步骤⑶：对于速度反馈信号，处理方式如下：方式1.如果在系统中装有速度传感 器，则将传感器采回的速度信号直接送入速度环ESO;方式2.如果在系统中仅装有位置传 感器，则将传感器采回的位置信号的微分作为速度信号送入速度环ESO; 步骤⑷：速度环控制律的设计：将速度环的控制律设计为PID控制器； 步骤（5):对于速度环自抗扰控制输入信号的处理：将位置环控制器的输出作为 速度环控制器的输入信号； 步骤（6):搭建位置环自抗扰控制闭环回路； 步骤（7):设计位置环ES01 : 采用三阶自抗扰控制器，并将ES01估计出的总扰动加入控制器中，以此来提前补 偿系统受到的外界不确定因素的扰动，提高系统控制精度； 步骤（8):对于位置反馈信号，处理方式如下： 由于系统中装有位置传感器，则将传感器采回的位置信号直接送入位置环ES01 ; 步骤（9):位置环控制律的设计： 将位置环的控制律设计为PID控制器； 步骤（10):对于位置环自抗扰控制输入信号的处理： 选择输入信号为 9 ref= 0? 3°sin(Jit)。 进一步的，步骤（4)中速度环控制律的设计，除了所述的PID控制器，还可以采用 PI控制器、P控制器，自适应控制器。 进一步的，步骤（9)中位置环控制律的设计，除了所述的PID控制器，还可以采用 PI控制器、P控制器或自适应控制器。 进一步的，步骤（10)中输入信号的选择，可以选择其它正弦信号。 本专利技术与现有技术相比具有如下优点： (1)本专利技术同非线性串级自抗扰控制相比，该专利技术方法调试简单，所需要调整的参 数不多，解决了非线性自抗扰控制参数众多，调试复杂的问题，进一步推广了自抗扰控制技 术的应用。 (2)本专利技术相对于传统的串级PID控制，明显减小了位置换向误差，消除了误差尖 峰。 (3)本专利技术相对未改进的串级自抗扰控制，大大减小了跟踪位置误差，无论是误差 绝对值的最大值，还是误差的均方差都有很大的程度的减小。【附图说明】 图1改进的串级自抗扰控制结构图； 图2串级PID跟踪位置误差图； 图3串级自抗扰的跟踪位置误差图； 图4位置环改进的串级自抗扰跟踪位置误差图； 图5速度环改进的串级自抗扰跟踪位置误差图； 图6速度环和位置环都改进的串级自抗扰跟踪位置误差图。【具体实施方式】 以下结合附图，具体说明本专利技术的实施方式。 本专利技术，其具体实现步骤如下： 步骤⑴：搭建速度环自抗扰控制器闭环回路。本专利技术所用的跟踪实验平台，由电 机、负载、连接轴、测速机，编码器等组成。速度信号0由测速机采回，位置信号由编码 器采回。步骤（2):设计速度环ESO,具体形式如下：【主权项】1. ，其特征在于：速度环和位置环均采用线性自抗 扰控制器，其具体步骤如下： 步骤（1);搭建速度环自抗扰控制器闭环回路； 步骤（2);设计速度环ESO;采用S阶自抗扰控制器，并将ESO估计出的总扰动加入控 制器中； 步骤（3);对于速度反馈信号，处理方式如下；方式1.如果在系统中装有速度传感器， 则将传感器采回的速度信号直接送入速度环ESO ;方式2.如果在系统中仅装有位置传感 器，则将传感器采回的位置信号的微分作为速度信号送入速度环ESO ; 步骤（4);速度环控制律的设计：将速度环的控制律设计为PID控制器； 步骤巧）；对于速度环自抗扰控制输入信号的处理；将位置环控制器的输出作为速度 环控制器的输入信号； 步骤化）；搭建位置环自抗扰控制闭环回路； 步骤（7);设计位置环ES01 : 采用S阶自抗扰控制器，并将ES01估计出的总扰动加入控制器中，W此来提前补偿系 统受到的外界不确定因素的扰动，提高系统控制精度； 步骤巧）；对于位置反馈信号，处理方式如下： 由于系统中装有位置传感器，则将传感器采回的位置信号直接送入位置环ES01 ; 步骤巧）；位置环控制律的设计： 将位置环的控制律设计为PID控制器； 步骤（10);对于位置环自抗扰控制输入信号的处理： 选择输入信号为0ref=〇.3° sin(3it)。2. 根据权利要求1所述的，其特征在于：步骤（4) 中速度环控制律的设计，除了所述的PID控制器，还可W采用PI控制器、P控制器，自适应 控制器。3. 根据权利要求1所述的，其特征在于；步骤巧） 中位置环控制律的设计，除了所述的PID控制器，还可W采用PI控制器、P控制器或自适应 控制器。4. 根据权利要求1所述的，其特征在于：步骤（10) 中输入信号的选择，可W选择其它正弦信号。【专利摘要】本专利技术涉及，针对位置换向时存在较大的换向误差的问题，提出了将自抗扰控制器用于精密伺服系统速度环和位置环，构成了串级自抗扰控制方法，并在速度环和位置环的控制律方面作了改进，改进的实质就是将速度环和位置环设计为PID加扩张状态观测器的自抗扰控制。由于常规非线性自抗扰控制方法参数众多且难以整定，本专利技术采用线性自抗扰结构，大大减少了需要整定的参数个数，具有结构简单，参数容易本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种串级自抗扰的多闭环控制方法，其特征在于：速度环和位置环均采用线性自抗扰控制器，其具体步骤如下：步骤(1)：搭建速度环自抗扰控制器闭环回路；步骤(2)：设计速度环ESO：采用三阶自抗扰控制器，并将ESO估计出的总扰动加入控制器中；步骤(3)：对于速度反馈信号，处理方式如下：方式1.如果在系统中装有速度传感器，则将传感器采回的速度信号直接送入速度环ESO；方式2.如果在系统中仅装有位置传感器，则将传感器采回的位置信号的微分作为速度信号送入速度环ESO；步骤(4)：速度环控制律的设计：将速度环的控制律设计为PID控制器；步骤(5)：对于速度环自抗扰控制输入信号的处理：将位置环控制器的输出作为速度环控制器的输入信号；步骤(6)：搭建位置环自抗扰控制闭环回路；步骤(7)：设计位置环ESO1：采用三阶自抗扰控制器，并将ESO1估计出的总扰动加入控制器中，以此来提前补偿系统受到的外界不确定因素的扰动，提高系统控制精度；步骤(8)：对于位置反馈信号，处理方式如下：由于系统中装有位置传感器，则将传感器采回的位置信号直接送入位置环ESO1；步骤(9)：位置环控制律的设计：将位置环的控制律设计为PID控制器；步骤(10)：对于位置环自抗扰控制输入信号的处理：选择输入信号为θref＝0.3°sin(πt)。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：左丹，唐涛，蔡华祥，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51