[发明专利]一种基于加速度观测器的自动控制系统

说明书

本发明涉及一种基于改进型加速度观测器的控制系统，该系统的电机指定位置信息与电机反馈位置信息的差值输入PI控制器，由PI控制器输出给定电流；加速度观测器是由校正模型和建模模型构成的闭环反馈模型，被控系统输出的电机反馈位置信息与建模模型得到的电机期望位置引入校正模型，校正模型输出观测扰动力矩；用前馈补偿器将与电机电磁转矩系数相除得到的扰动电流对给定电流进行补偿得到实际电流，实际电流与电机电磁转矩系数相乘得到电机力矩，电机力矩与观测扰动力矩叠加的结果引入建模模型得到电机期望位置；电机力矩与扰动力矩同时输入被控系统；本发明在保证了对干扰抑制能力的同时，能够降低对噪声的敏感性，提高系统跟踪精度。

技术领域

本发明属于高精度跟踪控制技术领域，更具体地，涉及一种基于加速度观测器的自动控制系统。

背景技术

目前工业自动控制领域的控制系统一般采用位置环、速度环和电流环组成。传统的控制方法采用多级反馈提高系统的响应速度和控制精度。PID控制广泛应用于控制系统中。不确定系统的控制是目前的研究热点，控制算法包括现代自适应控制、鲁棒控制、自抗扰控制、变结构控制、非线性输出理论等。但是现有的不确定系统控制方法要求系统具有机动性高、鲁棒性强、实时性好的特点。从而提高电机的响应速度，减小电机参数摄动、外部负载变化等干扰因素对系统控制性能的影响。

提高扰动隔离度是提高控制系统跟踪精度的关键。目前仍然采用被动抗扰的思想来提高扰动隔离度，即通过提高开环系统的型别以及低频段增益来减小扰动对系统的影响。然而，机械谐振环节严格限制了系统的开环剪切频率，而且在传统设计模式下，系统的低频段增益难以做到更高，因此，若采用该类控制器，则系统的扰动隔离度水平难以得到本质上的提升。现代控制理论如最优控制理论和自适应控制理论等可以有效提高光电跟踪系统的性能，但设计难度大、计算复杂、控制系统成本高、不易在工程中得到推广和应用。

现有技术采用常规自抗扰控制器的重点在于自动抵抗扰动，而不包括提高跟踪精度，因此常规自抗扰控制器跟踪精度不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于加速度观测器的自动控制系统，该自动控制系统在保证了对干扰抑制能力的同时，能够降低对噪声的敏感性，提高系统跟踪精度。

为了解决上述技术问题，本发明的基于改进型加速度观测器的控制系统包括PI控制器，电机指定位置信息P_C与被控系统输出的电机反馈位置信息P_F的差值输入PI控制器，由PI控制器输出给定电流I_g；其特征在于还包括前馈补偿器，加速度观测器；加速度观测器是由校正模型和建模模型构成的闭环反馈模型，被控系统输出的电机反馈位置信息P_F与建模模型得到的电机期望位置P_O引入校正模型，校正模型输出观测扰动力矩A_DO；用前馈补偿器将A_DO与电机电磁转矩系数K_T相除得到的扰动电流I_d对给定电流I_g进行补偿得到实际电流I_C，实际电流I_C与电机电磁转矩系数K_T相乘得到电机力矩T_g，电机力矩T_g与观测扰动力矩A_DO叠加的结果引入建模模型，得到电机期望位置P_O；电机力矩T _g与扰动力矩T_d同时输入被控系统；

其中建模模型的建模开环传递函数为G_model(S)，G_model(S)＝G(S)；G(S)为被控系统的实际开环传递函数；

校正模型的传递函数为：

其中s为拉普拉斯算子，K为校正模型传递函数的开环增益，T₁为校正模型传递函数的时间常数。