一種直流電機魯棒控制器的參數(shù)整定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種直流電機魯棒控制器的參數(shù)整定方法，屬于分?jǐn)?shù)階自動控制【技術(shù)領(lǐng)域】。應(yīng)用于位置隨動系統(tǒng)中直流電機，其傳遞函數(shù)為其待整定FO[PI]控制器傳遞函數(shù)形式利用MATLAB畫出被控對象P(s)的伯德圖，求得在頻率ωc處的模值m和相角n，利用C(s)P(s)＝G(s)，利用MATLAB求解關(guān)于積分階次λ的方程，利用穩(wěn)定性條件，求得比例系數(shù)和微分系數(shù)利用所得λ以及得到Kp和Ki代入本發(fā)明有益效果是減少了控制器參數(shù)整定的計算量，簡化了分?jǐn)?shù)階FO[PI]魯棒控制器參數(shù)整定過程。
【專利說明】一種直流電機魯棒控制器的參數(shù)整定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于分?jǐn)?shù)階自動控制【技術(shù)領(lǐng)域】，主要涉及一種基于MATLAB分?jǐn)?shù)階F0[PI] 魯棒控制器參數(shù)整定方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展水平是衡量一個國家綜合國力水平的重要因素，電機是這些工業(yè) 設(shè)備的動力來源，是設(shè)備正常運行的保障，這就使得對電機控制的研究就顯得尤為迫切，開 發(fā)具有高位置精度、響應(yīng)速度快、高可靠性的伺服控制器已成為研究熱點。
[0003] MATLAB是矩陣實驗室的簡稱，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及控制仿真 等，尤其是近年來，MATLAB在控制系統(tǒng)仿真、分析和設(shè)計方面得到了廣泛應(yīng)用。用MATLAB語 言編程效率高，程序調(diào)試十分方便，可大大縮減軟件開發(fā)周期。
[0004] 隨著分?jǐn)?shù)階控制理論的發(fā)展，證實了分?jǐn)?shù)階控制器具有比傳統(tǒng)整數(shù)階控制器更好 的響應(yīng)能力和抗干擾能力，可以使控制系統(tǒng)獲得更好的動態(tài)性能和魯棒性。由于直流電機 伺服控制系統(tǒng)具有控制簡單、穩(wěn)定性高、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點，在實際系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng) 用。近年來，許多學(xué)者將分?jǐn)?shù)階F0[PI]控制器的做為直流電動機的伺服控制器，以獲得更 好的動態(tài)性能和魯棒性。
[0005] 直流電機伺服系統(tǒng)的性能不僅和所選用的控制器的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且還取決于伺服 控制器的參數(shù)。然而，因為分?jǐn)?shù)階F0[PI]控制器多了一個可調(diào)參數(shù)λ，使得F0[PI]控制器 參數(shù)整定過程復(fù)雜，運算量大。對不同的被控對象，參數(shù)整定方程需要重新推導(dǎo)和計算，使 得控制器設(shè)計變得繁瑣而又費時。
[0006] 直流電機以其優(yōu)良的性能被廣泛地應(yīng)用于位置隨動系統(tǒng)中。其傳遞函數(shù)為

【權(quán)利要求】
1. 一種直流電機魯棒控制器的參數(shù)整定方法， 應(yīng)用于位置隨動系統(tǒng)中直流電機，其傳遞函數(shù)為
，若忽略電樞電感La及粘性阻尼系數(shù)B，傳遞函數(shù) 可以近似為
，其中^表示電動機機電時間常數(shù)，分別表示反電動勢系 數(shù)，Kt表示電磁力矩系數(shù)，J是電動機的轉(zhuǎn)動慣量，La是電樞電感，B是粘性摩擦系數(shù)，s為 拉普拉斯算子；運行實例中，選定位置隨動系統(tǒng)中常用直流電動機作為控制對象，不失一般 性，其數(shù)學(xué)模型傳遞函數(shù)可表示為
：其中，T為時間常數(shù)； 其特征在于所述直流電機魯棒控制器參數(shù)整定方法，包括以下步驟： (1) 對于直流電機被控對象的數(shù)學(xué)模型傳遞函數(shù)P(s)，其待整定FO[PI]控制器傳遞函 數(shù)形式<
，待整定參數(shù)為比例系數(shù)Kp，積分系數(shù)&和積分階次λ，并給定需 校正穿越頻率ω。和需保持穩(wěn)定的相位裕度cj5m; (2) 利用MATLAB畫出被控對象P(s)的伯德圖，求得在頻率ω。處的模值m和相角n， 同時可以求得被控對象頻率ω。在相位變化率
⑶利用C (s) P (s) = G (s)，魯棒性條件：
得到：
注意到

利用MATLAB求解關(guān)于積分階次λ的方程（3); ⑷利用穩(wěn)定性條件：在開環(huán)系統(tǒng)穿越頻率ω。處相位裕度為cj5m; C(jQc)P(jQc) = 1 z ￠^180° (4) 根據(jù)步驟（2)所求得的被控對象在頻率ω。處的模值m和相角n，得到
由步驟⑶中沒=九-《 -丨8〇，-90。<#<0，<0; 兒 令A(yù)= 1(Γ/2°，從而得到
可以求得比例系數(shù)& =jTcosf和微分系數(shù)盡 X A (5)利用步驟⑶中MATLAB所得λ以及步驟⑷得到&和1代入
即完成了分?jǐn)?shù)階F0[PI]魯棒控制器參數(shù)整定。
【文檔編號】G05B17/02GK104049541SQ201410201321
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】王春陽, 蔡年春 申請人:長春理工大學(xué)