【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于永磁同步电机控制器相关，更具体地，涉及一种分数阶自抗扰控制器的设计方法及设备。
技术介绍
1、永磁同步电动机伺服系统既需要理想的稳态性能，又需要理想的动态性能。因此，在过去的几年里，许多研究集中在提高系统带宽和减少死区效应的影响。可以说，大多数电流控制(cc)方案是基于同步参考坐标系(srf)比例积分(pi)控制(cc)的，srf pi cc的主要问题是它们严重依赖于电机参数的精确结果来进行最优的设计。但是，永磁同步电动机的参数很容易受到永磁同步电动机工作条件的影响，包括温度、压力、负载、交叉饱和等。
2、韩京清教授在pid框架中引入了扩展状态观测器(extended state observer，eso)，通过估计和补偿包括外部扰动和模型参数不确定性在内的总扰动来增强pid的抗扰性，这种控制器被称为自抗扰控制器(adrc)。由于原有adrc的非线性特性难以应用和分析，高志强提出了一种线性自抗扰控制，扩展了其应用范围。由于永磁同步电机电磁系统的分数阶特性，其物理过程可使用分数阶时滞(froptd)模型描述。对于一阶时滞(foptd)系统已有许多有意义的adrc研究。但是如何使得永磁同步电机电流环同时实现最优的跟踪和抗干扰性能仍亟需解决。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种分数阶自抗扰控制器的设计方法及设备，其提供了一种基于分数阶模型(froptd)的、由基于模型分数阶扩张状态观测器(fomeso)和分数阶比例积分(fo
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种分数阶自抗扰控制器的设计方法，该设计方法包括以下步骤：
3、(1)构建控制对象的分数阶数学模型，并通过模型辨识获得控制对象的模型参数；
4、(2)将得到的模型参数加入到扩张状态观测器中，进而得到基于模型分数阶扩张状态观测器，并将系统动态、阶次差别、扰动和不确定性作为总扰动；
5、(3)利用基于模型分数阶扩张状态观测器估计的总扰动对控制对象进行补偿，进而得到补偿后的等效模型；
6、(4)确定反馈控制器c(s)和穿越频率设计指标ωc，进而计算确定分数阶自抗扰控制器中反馈控制器的参数kp以及fomeso带宽，完成该分数阶自抗扰控制器的设计。
7、进一步地，所述控制对象为分数阶时滞(froptd)对象，其微分方程为：
8、dαy(t)＝-a0y(t)+b0u(t-τ) (1)
9、式中，dα为分数阶微分；α∈(0,2)为实数，表示分数阶阶次；a0、b0分别是控制对象的微分系数；τ为时间常数；y(t)为输出；u(t-τ)为延迟τ秒的输入；s是拉普拉斯算子；t为时间变量。
10、进一步地，将公式(1)在零初始条件下转换为传递函数模型为：
11、
12、进一步地，考虑系统外部扰动和模型误差，微分方程扩张成：
13、dαy(t)＝-a0y(t)+b0u(t-τ)+f
14、式中，f为扰动项，包含系统外部扰动和模型误差；
15、将扩张后的微分方程改写成状态空间描述：
16、
17、式中，x1＝y，x2＝f，h＝dαf，c＝[10]。
18、进一步地，基于模型分数阶扩张状态观测器的状态空间描述为：
19、
20、其中，z1→x1，z2→x2，h＝[β1β2]t为观测器误差反馈增益矩阵，需要设计。
21、进一步地，重写基于模型分数阶扩张状态观测器的状态空间方程为：
22、
23、其中，
24、将基于模型分数阶扩张状态观测器的方程的极点配置到ωo为观测器带宽，得到：
25、λ(s)＝|sαi-(a-hc)|＝(sα+ωo)2
26、求解上式得，β1＝2ωo-a0，
27、基于模型分数阶扩张状态观测器的方程能够写成：
28、
29、进一步地，等效模型为：
30、
31、进一步地，令kf＝kpb0，分数阶自抗扰控制器的闭环传递函数为：
32、
33、系统增益穿越频率ωc和kp的关系为：
34、
35、本专利技术还提供了一种分数阶自抗扰控制器的设计系统，所述设计系统包括存储器及处理器，所述存储器储存有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时执行如上所述的分数阶自抗扰控制器的设计方法。
36、本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被处理器调用和执行时，所述机器可执行指令促使所述处理器实现如上所述的分数阶自抗扰控制器的设计方法。
37、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的分数阶自抗扰控制器的设计方法及设备主要具有以下有益效果：
38、1.本专利技术通过将分数阶近似模型的模型信息加入到fomeso中，降低了fomeso的扰动估计的负担，所需观测器的带宽低，具有更强的扰动估计能力，使得控制系统具有更好的抗扰性能，同时扰动估计能力会随观测器带宽的增大而提高。
39、2.通过fomeso扰动补偿后，被控对象的传递函数不发生变化，即满足分离原理，方便工程应用。
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1.一种分数阶自抗扰控制器的设计方法，其特征在于，该设计方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的分数阶自抗扰控制器的设计方法，其特征在于：所述控制对象为分数阶时滞对象，其微分方程为：
3.如权利要求2所述的分数阶自抗扰控制器的设计方法，其特征在于：将公式(1)在零初始条件下转换为传递函数模型为：
4.如权利要求2所述的分数阶自抗扰控制器的设计方法，其特征在于：考虑系统外部扰动和模型误差，微分方程扩张成：
5.如权利要求4所述的分数阶自抗扰控制器的设计方法，其特征在于：基于模型分数阶扩张状态观测器的状态空间描述为：
6.如权利要求5所述的分数阶自抗扰控制器的设计方法，其特征在于：重写基于模型分数阶扩张状态观测器的状态空间方程为：
7.如权利要求6所述的分数阶自抗扰控制器的设计方法，其特征在于：等效模型为：
8.如权利要求6所述的分数阶自抗扰控制器的设计方法，其特征在于：令Kf＝Kpb0，分数阶自抗扰控制器的闭环传递函数为：
9.一种分数阶自抗扰控制器的设计系统，其特征在于：所述设计系统
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被处理器调用和执行时，所述机器可执行指令促使所述处理器实现权利要求1-8任一项所述的分数阶自抗扰控制器的设计方法。
...【技术特征摘要】
1.一种分数阶自抗扰控制器的设计方法，其特征在于，该设计方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的分数阶自抗扰控制器的设计方法，其特征在于：所述控制对象为分数阶时滞对象，其微分方程为：
3.如权利要求2所述的分数阶自抗扰控制器的设计方法，其特征在于：将公式(1)在零初始条件下转换为传递函数模型为：
4.如权利要求2所述的分数阶自抗扰控制器的设计方法，其特征在于：考虑系统外部扰动和模型误差，微分方程扩张成：
5.如权利要求4所述的分数阶自抗扰控制器的设计方法，其特征在于：基于模型分数阶扩张状态观测器的状态空间描述为：
6.如权利要求5所述的分数阶自抗扰控制器的设计方法，其特征在于：重写基于模型分数阶扩张状态观测器的状态...
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