[发明专利]变速旋转直流电机伺服系统的扰动补偿和跟踪控制方法

权利要求书

1.一种变速旋转直流电机伺服系统的扰动补偿和跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：根据电压平衡方程和转矩平衡方程，建立无刷直流电机状态空间模型；

步骤S2：分析系统时域和位置域之间的内在联系，根据参考输入信号的位置相关周期特性，构造周期信号的位置域内模，建立改进型位置域重复控制器；

步骤S3：根据无刷直流电机状态空间模型，构造扰动观测器，对系统匹配和非匹配扰动进行实时估计得到扰动估计值，结合位置域重复控制律和扰动估计值，设计基于扰动主动补偿的复合重复控制规律；

步骤S4：利用电机转子的位置信息，建立与时域鲁棒镇定控制器同步的位置域重复控制器数字实现方法。

2.根据权利要求1所述的变速旋转直流电机伺服系统的扰动补偿和跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，由电压平衡方程和转矩平衡方程，建立无刷直流电机状态空间模型：

其中系数矩阵：

其中，u(t)为加在两相导通绕组上的电压，x(t)＝[x₁(t),x₂(t)]^T为状态变量，x₁(t)等于电机转子的角速度ω(t)，x₂(t)等于电枢电流i(t)，f(x,u,M_c)的第一个分量f₁为系统非匹配不确定性，第二个分量f₂为系统匹配不确定性，y(t)为系统输出。

R₀、L₀和J₀分别表示相电阻、相电感和转动惯量的标称值，R₀△R、L₀△L和J₀△J分别表示相电阻、相电感和转动惯量的摄动量，J为转动惯量，M_c(t)为电机所受外部负载转矩，k_e为反电动势系数，p为电机极对数，R为各相绕组电阻，L_s为各相绕组电感，J为电机转子和负载的总转动惯量。

3.根据权利要求2所述的变速旋转直流电机伺服系统的扰动补偿和跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，根据位置相关周期性参考信号的内部模型构建改进型位置域重复控制器，所述改进型重复控制器包含低通滤波器，将改进型重复控制器嵌入到主系统中，进行相位校正后得到基于相位补偿的改进型位置域重复控制器。

4.根据权利要求3所述的变速旋转直流电机伺服系统的扰动补偿和跟踪控制方法，其特征在于，所述改进型位置域重复控制器：

其中，α为相位补偿因子，s为Laplace算子，为低通滤波器，Γ为一个位置域周期。

5.根据权利要求2所述的变速旋转直流电机伺服系统的扰动补偿和跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：

步骤S31：根据步骤S1中的无刷直流电机状态空间模型公式，构建扰动观测器：

其中，为f(x,u,M_c)的估计值，M(t)为观测器内部状态，L为待设计的观测器增益；

步骤S32：结合位置域重复控制律和扰动估计值，得到基于扰动主动补偿的复合重复控制规律：

其中，K_x为状态反馈增益，K_d为扰动补偿增益，设计为

K_d＝-[C(A+B_uK_x)^-1B_u]^-1C(A+B_uK_x)^-1B_d。

6.根据权利要求1所述的变速旋转直流电机伺服系统的扰动补偿和跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，对位置域重复控制器输入信号和位置相关周期性参考信号的角速度进行定步长时间采样，并利用角位置信息来实现位置域重复控制器的功能，进而得到位置域重复控制器的输出。