[发明专利]一种基于模糊自抗扰控制的PMSM伺服系统控制方法

权利要求书

1.一种基于模糊自抗扰控制的PMSM伺服系统控制方法，其特征在于：首先采集PMSM伺服系统的转子位置信号、然后将转子位置信号作为二阶自抗扰控制器的反馈信号，结合该自抗扰控制器中扩张状态观测器的各阶状态变量估计与跟踪微分器产生的各阶微分之间的误差，运用通过实验经验得到模糊推理规则，以建立误差比例系数，微分系数和积分系数的模糊规则控制表，去模糊化后，得到精确控制量，以实现非线性误差反馈控制律的参数自适应调节，最后非线性误差反馈控制律与扩张状态观测器对总扰动估计的补偿量一起组成控制量，实现永磁同步电机伺服系统位置环的高精度控制。

2.根据权利要求1所述一种基于模糊自抗扰控制的PMSM伺服系统控制方法，其特征在于：所述二阶自抗扰控制器包括跟踪微分器、扩张状态观测器以及非线性误差反馈控制律，所述微分跟踪器为给定的位置信号安排过渡过程；所述扩张状态观测器将系统中建模误差带来的不确定性、摩擦力矩以及外界扰动为伺服系统的扰动量并将这个扰动量准确估计出来；所述非线性误差反馈控制律结合扩张状态观测器对摩擦力矩扰动估计的补偿量一起组成控制量，以维持所属伺服系统的鲁棒性和控制精度。

3.根据权利要求2所述一种基于模糊自抗扰控制的PMSM伺服系统控制方法，其特征在于：所述跟踪微分器基于以下公式建立：

 式中为输入信号；为的跟踪信号；为的微分信号；为采样时间；为非线性因子；为TD的滤波因子；为速度因子，越小，跟踪速度越慢；fal(0)为最优综合控制函数，其表达式为：

   

上式中，当0<<1时，此非线性函数实际上是控制工程界的一个经验知识：“大误差小增益；小误差大增益”的数学拟合，运用此种非线性函数作为反馈函数的具有明显的优越性，它更有效地抑制稳态误差，其收敛速度也大大加快，因而减小了误差衰减时间。

4.根据权利要求2所述一种基于模糊自抗扰控制的PMSM伺服系统控制方法，其特征在于：所述扩张状态观测器基于以下公式建立：

式中，为电机实际转子位置角；为实际转速的状态估计；为实际速的近似微分；为系统摩擦与负载转矩扰动的估计值；

，

为系统摩擦系数，为电机转速，为电机和负载转矩惯量之和，为负载扭矩，，转子永磁体磁链，为永磁同步电机的极对数，为轴电流。

5.根据权利要求2所述一种基于模糊自抗扰控制的PMSM伺服系统控制方法，其特征在于：所述非线性误差反馈控制律基于以下公式建立：

式中，，为非线性状态反馈控制律调节参数，为控制器输出转矩电流参考值，为扩张状态观测器对系统扰动的估计。

6.根据权利要求1所述一种基于模糊自抗扰控制的PMSM伺服系统控制方法，其特征在于：所述模糊推理规则，依据偏差以及偏差变化量的模糊子集隶属度函数和各参数模糊控制模型, 应用模糊合成推理设计出的模糊规则表，去模糊化后，查出非线性误差反馈控制律的修正调节参数，再结合自抗扰参数整定原则，便可得到最优的控制参数。

7.根据权利要求6所述一种基于模糊自抗扰控制的PMSM伺服系统控制方法，其特征在于：所述模糊子集隶属度函数基于以下公式建立： 

  

由式可知，参数、、决定了此类隶属函数的形状与分布，适合于自适应模糊控制；

  

式中，参数与隶属函数图形的形状有关，当图形形状高而尖时，分辨率较高，控制灵敏度较高；曲线形状较缓时，分辨率较低，其控制特性平缓，具有较好的系统稳定性。

8.根据权利要求6所述一种基于模糊自抗扰控制的PMSM伺服系统控制方法，其特征在于：所述模糊规则表基于以下规律建立：

（a）当系统输入偏差比较大时，值适当增大，加快系统响应；为消除突然过大的偏差而引起输出微分饱和而产生过调作用，值适当减小；值为零可避免系统超调；

（b）当系统输入误差和误差变化率适中时，值适当减小，以减小超调；取适中的、值，以加快系统响应速度；

（c）当系统误差 比较小时，、的值可适当增大；此时值对系统的抗干扰性与振荡有较大影响，需选取适当;当误差变化率比较大，值适当减小，反之亦然；

（d）当系统变化率的值较大时，值适当减小，值适当增大。