[发明专利]一种直流电机的改进型自抗扰位置控制器及其设计方法

摘要

本发明公开了一种直流电机的改进型自抗扰位置控制器结构及设计方法，以直流电机为被控对象、输出位置信号为被控变量，该控制器主要由跟踪微分器、非线性状态误差反馈、扩张状态观测器、扰动补偿四个部分组成。本发明主要改进扩张状态观测器中的非线性函数中的fal函数，其是决定扩张状态观测器和控制器跟踪性能的函数，具体改措施是在非线性反馈中增加线性反馈区域，在保证系统稳定的基础上，克服了传统方法中当系统误差过大且增益过低时无法及时控制的难题。通过控制器改进前后的仿真行比较可知，本发明提出的结构和设计方法在直流电机位置误差较大的情况下，输出信号响应速度加快，从而提高了系统的整体控制性能。

主权项

一种直流电机的改进型自抗扰位置控制器，其特征在于：以直流电机为被控对象，输出位置信号为被控变量，包括跟踪微分器、非线性状态误差反馈、扩张状态观测器和扰动补偿；跟踪微分器的输入端为期望输入信号；跟踪微分器的两个输出端分别与扩张状态观测器的两个输出端相连，得到误差与微分的误差；非线性状态误差反馈的两个输入端是误差与微分的误差，得到前馈控制量；扰动补偿是非线性状态误差反馈输出端的前馈控制量与扩张状态观测器中另一个输出端相连，扰动补偿得到最终控制量；扩张状态观测器中对fal函数进行改进，利用误差阀值ec在fal函数的非线性反馈中增加线性反馈区域来改变函数结构，扩张状态观测器的两个输入端分别为扰动量与输出位置信号；被控对象无刷直流电机，其对电机输出位置控制的状态模型是：x·1=x2x·2=-kekmJRmx2-TLJ+KmJRmy=x1;]]>式中，x1＝θ，θ为电机转过角度，x2＝ω，ω为电机角速度；ke是反电动势系数，km是电机转矩常数，TL为负载转矩,Rm是电枢电阻，J是负载与转子的转动惯量，ke、km、TL、Rm和J均属于常数集y为输出位置信号。