【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空机电，尤其涉及一种针对大负载、大扰动情景的航空机电作动器自抗扰控制算法。
技术介绍
1、交流伺服控制技术以高精度性、快速响应性、高效性等优异的性能，被广泛地运用于工程控制领域中，且随着半导体器件、微处理器和大规模集成电路等领域的发展，交流伺服控制技术在工程控制领域中发挥着重要作用。目前，用于精密控制和跟踪的伺服控制技术广泛应用于航空航天、大载荷武器系统以及军用雷达等军事科技领域，在这些领域内不断取得进步。在航空领域内，随着技术的不断突破，对于承载技术的设备要求也越来越高，研究一种能满足要求的伺服控制技术是当前迫切需要解决的问题。
2、机电作动系统(electromechanical actuator，ema)是一类位置伺服控制系统的总称，通过控制电机或电器的运行直接或间接地控制负载的运动，实现控制目标的位置控制，机电作动器主要被应用于收展、转向、推力矢量等机构中。机电作动系统由电机控制、驱动控制和机械传动三部分构成，核心是电机的电机控制。永磁同步电机(pmsm)以其系统效率高、系统结构简单、安全性较高等优良性质，是最频繁的被采取为控制对象的电机。
3、在航空领域的实际环境中，这些执行机构会受到气流颠簸、温度变化、机械振动、强磁干扰等多种因素的影响，导致永磁同步电机在运行过程中会出现突然的加减速以及负载突变等现象，而为了满足系统的性能，电机需要快速的响应和恢复，稳定达到目标速度或位置。除此之外，航空机电作动器还要求具有响应速度快、精度高、可靠性强等优良性质，以更好地满足飞行器对飞行控制的要
4、而目前航空用机电伺服系统工况具有大功率、大负载扰动、短时高承载等特点，这就对机电伺服系统在大比功率、快速响应和大功率变化情况下的控制器性能和大负载扰动下的稳定性等方面提出了更高要求。现有控制技术应对这些情况尚且不能体现较好的性能，因此急需一种针对大负载、大扰动情景的航空机电作动器控制算法。
技术实现思路
1、为满足上述需求，本专利技术旨在提供一种针对大负载、大扰动情景的航空机电作动器自抗扰控制算法，本算法基于一阶非线性自抗扰控制器(adrc)建立，并在速度环自抗扰控制器中引入了转动惯量辨识与负载转矩观测功能，用于辨识伺服系统的转动惯量与负载转矩，并以前向反馈的形式补偿到系统中，使得算法充分考虑到外界环境的影响，极大地提高了系统的自适应性，可以有效地应对大负载、大扰动情景。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、针对大负载、大扰动情景航空机电作动器自抗扰控制算法，包括以下步骤：
4、步骤1、根据机电作动器的电机的参数，建立电机控制的一阶非线性自抗扰控制foc框架；
5、步骤2、根据所述一阶非线性自抗扰控制foc框架，建立以电机的q轴电流为输入、转速为输出的永磁同步电机开环系统的数学物理模型；
6、步骤3、根据所述数学物理模型以及一阶非线性自抗扰控制方法，建立速度环自抗扰控制器；
7、步骤4、建立以电机角度为输入、电机角速度为输出的位置环一阶自抗扰控制器；
8、步骤5、根据电机定子电压方程推导出电机电流环的系统方程，并据此建立电流环自抗扰控制器；
9、步骤6：基于朗道离散递推方法，将转动惯量辨识算法加入步骤3中的速度环自抗扰控制器中；
10、步骤7：建立基于积分滑膜的负载转矩观测器，将转矩观测器引入步骤3中的速度环自抗扰控制器中；
11、步骤8：基于步骤6和步骤7中的辨识补偿和负载观测方法，优化步骤3中的速度环自抗扰控制器。
12、优选的，所述一阶非线性自抗扰控制foc框架包括正反park变换、正反clark变换，空间矢量脉宽调制svpwm；
13、clark变换如下：
14、
15、clark反变换如下：
16、
17、其中：iα,iβ为α-β维度下的三相电流等效值，ia,ib,ic则是原三相坐标系下的电流值；
18、park变换如下：
19、
20、park反变换如下：
21、
22、其中：id,iq为旋转θ角度后，电流在d-q轴上的矢量值。
23、优选的，步骤2包括以下步骤：
24、步骤2.1、将电机在三相坐标系下的数学模型转换到d-q坐标系下，则有：
25、电压方程：
26、
27、其中，ud,uq,id,iq,ld,lq,ωe,r,ψf分别代表的是电机d-q坐标系下的d、q轴的电压、电流、电感、以及电机的角速度、电阻、磁链，下面的方程中这部分参数的定义完全相同；同时，foc算法的一个重要思想是转矩只能通过q轴电流iq来控制，并始终将d轴电流id控制为0；
28、磁链方程：
29、
30、其中，ψd,ψq为电机磁链在d轴和q轴上的分量；
31、转矩方程：
32、
33、其中，te为电机本身的电磁转矩，p为电机的磁极对数，同时由于始终控制id＝0，所以此处的转矩方程可以简化为：
34、
35、机械方程：
36、
37、其中，te为电机的电磁转矩，tf为静摩擦力矩，tm为机械转矩，ωm为电机转速，j为转动惯量，b是阻尼系数；
38、步骤2.2、以电机的q轴电流iq为输入，转速ωm为输出，得出的开环公式如下：
39、
40、优选的，步骤3包括以下步骤：
41、步骤3.1、对步骤2的开环公式进行预处理，设输出ωm为状态变量x1，输入iq为u，并将其余部分结合外界扰动v，一起记为总扰动f如下：
42、
43、再将总扰动f扩张为新的状态变量x2，对于扰动进行观测，用于进一步补偿扰动对于系统的影响：
44、x2＝f(x1)
45、
46、计得到该一阶系统的扩展状态方程如下：
47、
48、步骤3.2、根据所述扩展状态方程，建立速度环自抗扰控制器，包括：
49、一阶跟踪微分器td:如下：
50、
51、其中，最优综合控制函数定义如下：
52、
53、其中，ai,δ为需要调试参数，sign为符号函数；
54、扩张状态观测器eso如下：
55、
56、其中，ω为速度传感器实际测电机的转速输出，z1,z2为电机的转速的观测值和扰动的观测值，β1,β2为算法待调试参数，为对于偏差e的函数，取
57、非线性状态误差反馈控制率nsef如下：
58、u0＝k fal(v1-z1,α1',δ')
59、其中，k,α1',δ'为待调试参数，v1为一阶跟踪微分器输出的转速本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.针对大负载、大扰动情景航空机电作动器自抗扰控制算法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的针对大负载、大扰动情景航空机电作动器自抗扰控制算法，其特征在于，所述一阶非线性自抗扰控制foc框架包括正反park变换、正反clark变换，空间矢量脉宽调制SVPWM；
3.根据权利要求1所述的针对大负载、大扰动情景航空机电作动器自抗扰控制算法，其特征在于，步骤2包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的针对大负载、大扰动情景航空机电作动器自抗扰控制算法，其特征在于，步骤3包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的针对大负载、大扰动情景航空机电作动器自抗扰控制算法，其特征在于，步骤4包括：
6.根据权利要求4所述的针对大负载、大扰动情景航空机电作动器自抗扰控制算法，其特征在于，步骤5包括：
7.根据权利要求6所述的针对大负载、大扰动情景航空机电作动器自抗扰控制算法，其特征在于，步骤6包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的针对大负载、大扰动情景航空机电作动器自抗扰控制算法，其特征在于，步骤7包括
9.根据权利要求8所述的针对大负载、大扰动情景航空机电作动器自抗扰控制算法，其特征在于，步骤8包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.针对大负载、大扰动情景航空机电作动器自抗扰控制算法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的针对大负载、大扰动情景航空机电作动器自抗扰控制算法，其特征在于，所述一阶非线性自抗扰控制foc框架包括正反park变换、正反clark变换，空间矢量脉宽调制svpwm；
3.根据权利要求1所述的针对大负载、大扰动情景航空机电作动器自抗扰控制算法，其特征在于，步骤2包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的针对大负载、大扰动情景航空机电作动器自抗扰控制算法，其特征在于，步骤3包括以下步骤：
5.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：李学生，杨川，徐皓辰，陈敏，谢晓梅，魏明珠，徐利梅，李强，孙灵杰，冉梦帆，陈威，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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