[发明专利]一种调控电机速度环的分数阶自抗扰控制器的设计方法

权利要求书

1.一种调控电机速度环的分数阶自抗扰控制器的设计方法，其特征在于，该设计方法包括下列步骤：

S1构建电机速度环与分数阶自抗扰控制器的关系

对于待调控电机速度环系统，采用分数阶自抗扰控制器对其速度环进行调控，该分数阶自抗扰控制器包括分数阶PD控制器和扩张状态观测器，构建待调控电机速度环系统的控制率u、分数阶PD控制器的输出u₀以及待调控电机速度环系统中总扰动f的关系式(一)，其中，所述待调控电机速度环系统中总扰动f通过所述扩张状态观测器进行估计；

所述关系式(一)按照下列表达式进行：

其中，b是电机速度环增益；

S2设计扩张状态观测器

对于待调控电机速度环系统，获取电机速度环控制对象的微分方程和状态空间模型，根据所述扩张状态观测器用于估计所述总扰动的作用，设计所述扩张状态观测器；

S3求解扩张状态观测器和PD控制器中的未知参数

S31根据所述关系式(一)，采用扩张状态观测器估计的总扰动对待调控电机速度环对象进行补偿，以此获得补偿后的电机速度环控制对象；

S32构建包括扩张状态观测器、PD控制器、增益-相位裕度测试器和补偿后的速度环控制对象的闭环控制系统；

S33利用所述闭环控制系统的约束条件和边界条件，计算所述扩张状态观测器和分数阶PD控制器中的未知参数，以此实现分数阶自抗扰控制器的设计。

2.如权利要求1所述的一种调控电机速度环的分数阶自抗扰控制器的设计方法，其特征在于，在步骤S1中，所述分数阶PD控制器的传递函数为：

C_FOPD(s)＝K_p+K_ds^μ

其中，C_FOPD(s)是分数阶PD控制器的传递函数，K_p和K_d是未知参数，分别是比例增益和微分增益，μ是微分阶次，μ∈(0,2)，s是拉普拉斯算子。

3.如权利要求1所述的一种调控电机速度环的分数阶自抗扰控制器的设计方法，其特征在于，在步骤S2中，所述扩张状态观测器的模型按照下列表达式进行：

式中，

L＝[β₁ β₂ β₃]^T是扩张状态观测器的增益，β₁，β₂和β₃均是未知参数，z＝[z₁ z₂ z₃]^T,其中，z₁，z₂和z₃均是扩张状态观测器的输出，z₁和z₂分别用于估计y和y的导数，z₃估计总扰动f，B和C分别是中间变量，u是待调控电机速度环系统的控制率，y是待调控电机速度环系统的输出，b是电机速度环增益。

4.如权利要求1所述的一种调控电机速度环的分数阶自抗扰控制器的设计方法，其特征在于，在步骤S3中，所述补偿后的电机速度环控制对象为：

β₁＝3ω_o

β₂＝3ω_o²

β₃＝ω_o³

其中，P_c(s)是补偿后的电机速度环控制对象，a是电机速度环模型参数，ω_o是扩张状态观测器的带宽。