一种直流电机鲁棒控制器的参数整定方法
【专利摘要】本发明涉及一种直流电机鲁棒控制器的参数整定方法，属于分数阶自动控制【技术领域】。应用于位置随动系统中直流电机，其传递函数为其待整定FO[PI]控制器传递函数形式利用MATLAB画出被控对象P(s)的伯德图，求得在频率ωc处的模值m和相角n，利用C(s)P(s)＝G(s)，利用MATLAB求解关于积分阶次λ的方程，利用稳定性条件，求得比例系数和微分系数利用所得λ以及得到Kp和Ki代入本发明有益效果是减少了控制器参数整定的计算量，简化了分数阶FO[PI]鲁棒控制器参数整定过程。
【专利说明】一种直流电机鲁棒控制器的参数整定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于分数阶自动控制【技术领域】，主要涉及一种基于MATLAB分数阶F0[PI] 鲁棒控制器参数整定方法。
【背景技术】
[0002] 工业现代化发展水平是衡量一个国家综合国力水平的重要因素，电机是这些工业 设备的动力来源，是设备正常运行的保障，这就使得对电机控制的研究就显得尤为迫切，开 发具有高位置精度、响应速度快、高可靠性的伺服控制器已成为研究热点。
[0003] MATLAB是矩阵实验室的简称，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及控制仿真 等，尤其是近年来，MATLAB在控制系统仿真、分析和设计方面得到了广泛应用。用MATLAB语 言编程效率高，程序调试十分方便，可大大缩减软件开发周期。
[0004] 随着分数阶控制理论的发展，证实了分数阶控制器具有比传统整数阶控制器更好 的响应能力和抗干扰能力，可以使控制系统获得更好的动态性能和鲁棒性。由于直流电机 伺服控制系统具有控制简单、稳定性高、调速范围宽等优点，在实际系统中得到了广泛应 用。近年来，许多学者将分数阶F0[PI]控制器的做为直流电动机的伺服控制器，以获得更 好的动态性能和鲁棒性。
[0005] 直流电机伺服系统的性能不仅和所选用的控制器的结构有关，而且还取决于伺服 控制器的参数。然而，因为分数阶F0[PI]控制器多了一个可调参数λ，使得F0[PI]控制器 参数整定过程复杂，运算量大。对不同的被控对象，参数整定方程需要重新推导和计算，使 得控制器设计变得繁琐而又费时。
[0006] 直流电机以其优良的性能被广泛地应用于位置随动系统中。其传递函数为
【权利要求】
1. 一种直流电机鲁棒控制器的参数整定方法， 应用于位置随动系统中直流电机，其传递函数为
，若忽略电枢电感La及粘性阻尼系数B，传递函数 可以近似为
，其中^表示电动机机电时间常数，分别表示反电动势系 数，Kt表示电磁力矩系数，J是电动机的转动惯量，La是电枢电感，B是粘性摩擦系数，s为 拉普拉斯算子；运行实例中，选定位置随动系统中常用直流电动机作为控制对象，不失一般 性，其数学模型传递函数可表示为
：其中，T为时间常数； 其特征在于所述直流电机鲁棒控制器参数整定方法，包括以下步骤： (1) 对于直流电机被控对象的数学模型传递函数P(s)，其待整定FO[PI]控制器传递函 数形式<
，待整定参数为比例系数Kp，积分系数&和积分阶次λ，并给定需 校正穿越频率ω。和需保持稳定的相位裕度cj5m; (2) 利用MATLAB画出被控对象P(s)的伯德图，求得在频率ω。处的模值m和相角n， 同时可以求得被控对象频率ω。在相位变化率
⑶利用C (s) P (s) = G (s)，鲁棒性条件：
得到：
注意到
利用MATLAB求解关于积分阶次λ的方程（3); ⑷利用稳定性条件：在开环系统穿越频率ω。处相位裕度为cj5m; C(jQc)P(jQc) = 1 z ￠^180° (4) 根据步骤（2)所求得的被控对象在频率ω。处的模值m和相角n，得到
由步骤⑶中沒=九-《 -丨8〇，-90。<#<0，<0; 儿 令A= 1(Γ/2°，从而得到
可以求得比例系数& =jTcosf和微分系数尽 X A (5)利用步骤⑶中MATLAB所得λ以及步骤⑷得到&和1代入
即完成了分数阶F0[PI]鲁棒控制器参数整定。
【文档编号】G05B17/02GK104049541SQ201410201321
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2014年5月13日
【发明者】王春阳, 蔡年春 申请人:长春理工大学