[发明专利]一种伺服机构的自抗扰控制方法

说明书

本发明提出一种伺服机构的自抗扰控制方法，属于航天机电伺服系统控制技术领域，包括如下步骤：S1、速度环观测器设计：在d‑q旋转坐标系下，L_d＝L_q＝L，采用i_d＝0控制，表示出PMSM的电压方程、转矩方程和机械运动方程，根据机械运动方程得到PMSM速度环动态方程，设计速度环线性扩张状态观测器和速度环控制律；S2、电流环观测器设计：根据PMSM的电压方程，对q轴电流环控制器设计扩张状态观测器和控制律。本发明解决了现有航天机电伺服系统抵抗系统内部参数扰动和外部负载扰动的能力有限的问题，还可以提高航天机电伺服系统刚度，抑制由于谐振频率降低而带来的负载末端抖动，提高飞行器整体的控制品质。

技术领域

本发明属于航天机电伺服系统控制技术领域，具体涉及一种伺服机构的自抗扰控制方法。

背景技术

随着电机的功率密度、储能材料、滚珠丝杠等技术的发展，以机电作动器(Electro-Mec hanical Actuator，EMA)为位移输出的机电伺服系统因为其便于安装、易于维护和无液压油泄露风险的优点，在中小功率领域已经取代液压伺服系统作为火箭的执行机构。

区别于其他领域的机电伺服系统，航天伺服机构具有多种独有的特点：

其一是要求自身具有“短时大功率”的特点。

其二是自身和负载特性变化大，例如外部扰动有空气舵负载所承受的气动力和摆角的关系随着火箭飞行速度和攻角的变化而变化，而喷管的弹性和摩擦负载随着喷管储存的时间增长也会发生明显的变化；内部扰动有机电作动器传动间隙以及电机和功率器件参数的非线性变化，图1和图2所示是航天伺服机构的两种典型负载。

其三是对指令信号的跟随上，航天机电伺服系统要求对低频指令信号具有较好的跟随，对高频指令又要有明显的幅值衰减。

自抗扰控制(active disturbances rejection controller,ADRC)技术具有适于工程化的特点，其精髓在于通过在线观测系统的输入和输出来确定系统的总扰动，并对总扰动进行估计和补偿，这个过程叫做系统的动态补偿线性化，可以有效提高控制系统抵抗扰动和参数鲁棒的能力。

国内外对机电伺服系统控制算法的研究除了成熟的PID(Proportional-Integral-Differentia l)控制算法外，有近似时间最优控制、反步法控制、鲁棒控制、自适应控制、模糊控制和滑模控制。但尚未有将自抗扰控制应用到航天领域的机电伺服系统上，为提高航天机电伺服系统抵抗系统内部参数扰动和外部负载扰动的能力，提高航天机电伺服系统刚度，抑制由于谐振频率降低而带来的负载末端抖动，提高飞行器整体的控制品质，需要对现有伺服机构的控制方法进行改进。

发明内容

本发明提供一种伺服机构的自抗扰控制方法，目的是解决现有航天机电伺服系统抵抗系统内部参数扰动和外部负载扰动的能力有限，存在负载末端抖动的问题。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种伺服机构的自抗扰控制方法，包括如下步骤：

S1、速度环观测器设计

在d-q旋转坐标系下，L_d＝L_q＝L，采用i_d＝0控制，表示出PMSM的电压方程、转矩方程和机械运动方程，根据机械运动方程得到PMSM速度环动态方程，设计速度环线性扩张状态观测器和速度环控制律；

S2、电流环观测器设计

根据PMSM的电压方程，对q轴电流环控制器设计扩张状态观测器和控制律。

进一步地，步骤S1中，PMSM的电压方程、转矩方程、机械运动方程分别表示如下：