基于干扰观测器的交流速度伺服系统的干扰抑制

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毕业设计基于干扰观测器的PID控制设计

邯郸学院本科毕业论文（设计）题目基于干扰观测器的PID控制设计专业电子信息工程邯郸学院信息工程学院郑重声明本人的毕业设计是在指导教师王洁丽的指导下独立撰写完成的。

如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权的行为，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任，并愿意通过网络接受公众的监督。

特此郑重声明。

毕业设计作者（签名）：年月日摘要实际应用中的系统大多数都是非线性迟滞系统，因此不能满足系统对稳定性的要求，而在实际的过程控制中对系统的动态和静态特性都要求很高。

针对实际应用中系统的特点，采用基于干扰观测器的PID控制算法，在一个常规PID控制器的基础之上增加了干扰观测器，系统响应快，抗干扰性强，稳定性好，可以得到理想的控制效果。

因此，本文设计了基于干扰观测器的PID控制器。

其中首先介绍了PID的工作原理和干扰观测器的原理，进而对于未采用干扰观测器和采用干扰观测器的同一系统进行仿真，并将干扰观测器进行改进设计了低通滤波器，找出了低通滤波器的最佳串入位置，进而实现在在低频段使得实际对象响应与名义模型的响应一致，以实现对低频干扰的有效观测，从而保证较好的鲁棒性。

关键词干扰观测器 PID控制器低通滤波器鲁棒性外文页范例：Liu-Prof. /Lecturer ）LiangYongguoAbstract The essence of corporate personality is the intrinsic reason why a corporate can be an independent person in the law sense ．After the establishment ．In the recent two or three century, corporate ．SO ，it is meaningful to the essence of corporate personality ． We want to make a systematic about it. At first ，we will talk about history of the juridical person On the base Of that ，we will ．We can make the Corporate可修改可编辑目录1外文页 (11)1222.. 3 2.3.1 **************** (3)2.3.2 ***************** (3)2.3.3 ******************* (4)3 ****************** (4)3.1*********** (5)3.2 ********** (5)3.2.1 ************* (5)3.2.2 **************** (6)3.2.3 **************** (6)3.3 ********** (7)注释 (7)参考文献 (8)致谢 ................................................................. ..9附录 (10)基于干扰观测器的PID控制设计1引言1.1 PID控制的发展PID控制历史悠久，生命力旺盛，并以其独特的优点在工业控制中发挥巨大作用。

交流位置伺服系统中干扰观测器的研究的开题报告

交流位置伺服系统中干扰观测器的研究的开题报告一、选题背景位置伺服系统广泛应用于机床、机器人、ATM等自动化设备中。

当前位置伺服系统主要采用模型预测控制或者PID控制算法，但是这些算法都存在一定的缺陷，无法高效地应对各种干扰，如外部干扰、传感器偏差等。

为了提高位置伺服系统的鲁棒性和防干扰性能，干扰观测器成为了一种重要的控制策略。

干扰观测器基于反馈控制结构，通过观测系统的干扰项，实现对干扰进行补偿，从而提高系统的鲁棒性和精度。

干扰观测器已经在诸如电动汽车电机控制、航空航天等方面广泛应用。

然而，在具体应用到位置伺服系统中，干扰观测器对控制系统的性能影响存在着很多未探明的问题。

二、研究意义位置伺服系统的精度和鲁棒性是其最为重要的性能指标。

在实际应用中，位置伺服系统往往会受到各种干扰影响，如噪声干扰、摩擦力干扰等。

为了增强位置伺服系统的干扰抵抗能力和提高控制精度，干扰观测器成为了一种重要的控制策略。

通过引入干扰观测器，获得状态反馈，减小系统的误差和波动幅度，对提高位置伺服系统的精度和鲁棒性有很大的帮助。

三、研究内容和方法本文的研究目标是探究干扰观测器在位置伺服系统中的应用，研究其对系统性能的影响，进一步提高位置伺服系统的鲁棒性和控制精度。

具体实现上，研究将通过以下步骤开展：（1）分析目前位置伺服系统中干扰的来源和类型，系统中各元件的特性和作用；（2）探究干扰观测器的基本原理和实现方法；（3）建立包括干扰观测器的位置伺服系统控制模型，对干扰观测器在系统中的控制效果进行仿真分析并根据仿真结果进行控制方案的选择和优化；（4）设计实验系统并进行实验，在控制系统加入干扰观测器后与传统控制系统进行对比实验；（5）根据实验结果，评估干扰观测器在位置伺服系统中的适用性和优越性，并提出进一步优化方案的建议。

四、预期成果与意义通过对位置伺服系统中干扰观测器的研究，本文旨在提高位置伺服系统的控制性能、鲁棒性和抗干扰性能。

研究成果将为未来工业自动化设备的设计和控制提供一定的参考，对推动工业化智能化发展具有重要意义。

倒立摆伺服系统中的干扰补偿控制

０引言
倒立摆在运行过程中经常会受到未建模动态、系统参数变化和机械非线性等外部干扰 ¨ ，果不Ｊ如对干扰进行观测和补偿，么系统的控制性能就会那
１由永磁同步电动机构成的倒立摆伺服系统
交流永磁同步电动机的模型是一个多变量、非
线性、强耦合系统。由永磁同步电动机构成的倒立摆伺服系统是由电流环、度环及位置环构成的三速
变差，所以必须加以控制。在传统的控制方法中，通、草地抑制阶跃干扰，Ｅ电－．自辫２ｌ常采用ＰＤ控制，方法能有效Ｉ该具
有一定的鲁棒性，其对周期性的交变干扰抑制能但力较差。此外，还可采用模型参考自适应控制、滑模变结构法、神经网络控制、自抗扰控制器或结合智能控制等方法对系统中的干扰加以抑制，而增强进系统的鲁棒性能，这些方法通常都比较复杂。但
触电棚２８第ｌ０年ｌ期０
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驱控制
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倒立摆伺服系统中的干扰补偿控制
ＡｂｔａｔＴｅｄｓｕｂｎｅ— ｃｍｐｎａｉｎｏｎｅｔｄｐｎｕｕｓｒｏｓｓｅｔａｓｃｍｐｓｄｏｓｒｃ：ｈｉｒａｃ — ｏｅｓｔｆｉｖｒｅｄｌｍｅｖｙｔｍｈｔｗａｏｏｅｆＡＣ — Ｐｔｏｅ — ＭＳｗｓＭａｓｄｅ．ｈｄｌｐｍｅｅｆｔｅｍｏｏｐｅｔｉｄＴｅｍｏｅ￣ａｔｍｏｈｔｒｓｅｄ—ｌｏｒｄｎｉｅｔｈｒｑｅｃｅｐｎｅｍｅｈｄ，ｈｉｔｒ — ｕｏｐｗｅｅｉｅｔｉｄｗｉｔｅｆｕｎｙｒｓｏｓｔｏｔｅｄｓｕｂｆｈｅａｃ，ｔａｓｐｏｕｅｙｖｒｔｎｏｙｔｍ￣ａｔｍ，ｃｉｅｙｎｎｉｅｒｅｅ，ａｓｍａｅａｄｗｉｈｗｓｆｅｂｃｎｅｈｔｗａｒｄｃｄｂａｉｉｆｓｓｅｐｍｅｅｍａｈｎｒｏｌａｔｗｓｅｔｔｄ，ｎｈｃａｅｄａｋａｏｎｉｔｎｕｏｔｓａｃｍｐｎａｉｎｓｇａ．ｈｘｅｉｎａｅｕｔｓｏｄｔａｅｉｖｒｄｐｎｕｕｓｎｏｓｓｅｗａｏｕｔｏｉｐｔｒａｏｅｓｔｉｎ１Ｔｅｅｐｒｍｅｔｌｓｌｈｗｅｔｈｎｅｔｅｄｌｍｅ，ｙｔｍｓｒｂｓｐｏｒｓｈｔｅ —

基于干扰观测器PID的直流电机速度控制

外界的干扰，为测量噪声，Ｇ（）电机名义模ｓ为型的逆，ｄ为观测到的干扰（即对干扰ｄ的估计）。设计扰动观测器，就是要合理的设计Ｇ（）Ｑｓ和（）Ｓ。一般的情况下，由于Ｇ（）严格真有理分Ｓ是式，所以Ｇ（）真，设计Ｇ（）到物理可实现Ｓ非ｓ受性的限制。为此，引入严格真有理分式Ｑ（）得Ｑｓ使
文章编号：１０ —８８２１０
ＤＣｏｏｐｅｎｒｌｓｄｏｓｅｂｎｅＯｂｅｖｒＰＩＭｔｒＳｅｄＣｏｔｏＢａｅｎＤｉｔｒａｃｓｒｅＤ
ＬＮｉＴＩＩＨｕ，ＡＮｎｅｇＸｉｆｎ
（ｉｎＩｓｔｔｏｐｉｎｒｉｏｈｎｃｏＡ，Ｘ＇１１９ｈｎ）Ｘ＇ｎｔｕｅｆＯｔｓａｄＰｅｓｎＭｃａｉＣＳｉｎ７０１，Ｃｉａｉｃｃｉｓｆａａ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＡｎｅｕｖｌｎｉｔｒａｃｏｑｅｏｓｒｅｓｍａｉｇｖｒｄｙｐｒｍｅｅｓｐｏｏｅｒＤＣｓｒｑｉａｅｔｓｕｂｎｅｔｒｕｂｅｖｒｅｔｔａｉｌａａｔｒｄｉｎｅｗａｒｐｓｄｆ — ｅ－ｏ
ｖｍｏｏｏｔｏｙｔｍｓｏｔｒｃｎｒｌｓｓｅ．Ｔｈｅｉｎｏｉｔｒａｃｂｓｒｅｎｈｅｄｃｏｔｏｌｒｈｓｂｅｉｅｓｅｄｓｇｆｄｓｕｂｎｅｏｅｖｒａｄｔｅｆｅｂａｋｃｎｒｌｅａｅｎｇｖｎａｌｎｓｔｅｎｍｉａｄｌｉｏｒｃ，ａｄｒｂｓｎｓｒｐｒｍｅｅｃｒａｎｙｉｈｅｅｏｅｇｒｎｅｄｉｈ — ｏｇａｈｏｎｌｍｏｅｓｃｒｅｔｎｏｕｔｅｓｆａａｔｒｕｎｅｔｉｔｓｔｒｆｒｕａａｔｅｎｔｅｏｏｙ．Ｔｈｉｌｔｏｅｕｔｈｗｈｆｅｔｖｎｓｆｔｒｐｓｄｓｈｍｅｒｅｓｍｕａｉｎｒｓｌｓｓｏｔｅｅｆｃｉｅｅｓｏｈｅｐｏｏｅｃｅ．

伺服系统的抗干扰能力测试方法

伺服系统的抗干扰能力测试方法伺服系统是现代自动化控制领域中的重要组成部分。

在工业生产中，伺服系统广泛应用于机器人、数控机床、纺织机械等自动化控制系统。

在伺服系统中，控制系统的抗干扰能力是实现稳定控制的一个关键因素。

因此，为了保证系统运行的稳定性和可靠性，在伺服系统设计和维护过程中，需要对其抗干扰能力进行测试和评估。

本文介绍伺服系统的抗干扰能力测试方法。

一、仪器设备进行伺服系统抗干扰能力测试需要用到多种仪器设备，主要包括信号发生器、示波器、负载模拟器等。

信号发生器用于产生各种不同类型和频率的干扰信号；示波器用于观测测试信号和伺服系统响应信号的波形和频谱；负载模拟器用于模拟负载变化对伺服系统的影响。

二、测试方法1. 整体干扰测试整体干扰测试是指在不同的干扰条件下，测试整个伺服系统的抗干扰能力。

在测试之前，需要确定伺服系统工作的正常工况和各项参数。

测试过程中，在信号发生器上设置不同类型和频率的干扰信号，并逐一对伺服系统进行测试观测和记录。

2. 局部干扰测试局部干扰测试是指在伺服系统的不同部位，测试其受干扰的敏感程度和抗干扰能力。

在测试之前，需要对伺服系统的结构和工作原理进行深入了解。

测试过程中，根据伺服系统的具体结构和功能，在不同部位安装信号发生器，模拟实际工作过程中的干扰场景，并观测记录伺服系统的响应情况。

3. 模拟负载测试模拟负载测试是指在伺服系统实际工作负载条件下，测试其对负载变化的响应能力和抗干扰能力。

在测试之前，需要对伺服系统的负载特性进行准确测定。

测试过程中，通过负载模拟器产生负载变化信号，并观测记录伺服系统的响应情况。

三、结论与建议在伺服系统抗干扰能力测试中，需要综合考虑不同干扰情况和实际工作负载条件下的测试结果，对伺服系统的整体稳定性和抗干扰能力进行综合评估。

基于测试结果，可以对伺服系统的设计、维护和改进提出建议和优化方案，提高系统的工作效率和可靠性。

同时，在实际工程应用中，需要根据不同的控制需求和干扰情况，选择合适的测试方案和参数，保证测试结果的准确性和可靠性。

一种基于扰动观测器的机械数控机床自身振动抑制方法[发明专利]

专利名称：一种基于扰动观测器的机械数控机床自身振动抑制方法
专利类型：发明专利
发明人：顾贤,马继光,刘鹏,朱慧江
申请号：CN202011522472.5
申请日：20201221
公开号：CN112701978A
公开日：
20210423
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提出的一种基于扰动观测器的机械数控机床振动抑制控制方法，首先，永磁同步伺服电机驱动机床某部件后，通过给定转速ω和编码器采集的电机实际转速ω，得到q轴电流的参考值i 并给定d轴电流参考为0；再分别通过编码器和电流传感器得到的电角度θ与电机的三相定子电流i(k)，从而计算得到q轴的定子电流分量i(k)，进而可计算电机转矩T；确定选取的名义模型G()和低通滤波器G()结构，计算扭转力矩估计值T；再将其与经过低通滤波器之后的电机转矩输入减法器，得到力矩观测值T；从而将观测值经过负反馈，进行力矩补偿，达到调节系统的等效惯量，以此实现机械数控机床振动抑制的目的。

申请人：南通斯迈尔精密设备有限公司
地址：226000 江苏省南通市紫琅路30号狼山工业园10号楼1楼西
国籍：CN
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改进型干扰观测器在稳定平台伺服系统中的应用

ＤＯＢｃａｎｓｕｐｐｒｅｓｓｅｘｔｅｒｎａｌｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓａｎｄｍｏｄｅｌｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｗｅｌｌ，ａｎｄｔｈｅｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｐｅｆｏｒｒｍａｎｃｅｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｎｏｉｓｅｗａｓｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｔｏｏ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔａｂｌｅｐｌａｔｆｏｒｍ；ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｏｂｓｅｒｖｅｒ；ｌｏｗｐａｓｓｉｆｌｔｅｒ；ｆｒｉｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌ
ｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄＤＯＢｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ，ａｎｄｉｔｓｒｏｂｕｓｔｓｔａｂｉｌｉｔｙｗａｓｄｅｒｉｖｅｄｗｈｅｎｅｘｉｓｔｉｎｇｍｏｄｅｌｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，
振第３２卷第８期
动
与
冲
击
Ｊ０ＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴ１０ＮＡＮＤＳＨ０ＣＫ
改进型干扰观测器在稳定平台伺服系统中的应用
陆建山，王昌明，何云峰，胡伟伟
（南京理工大学机械工程学院精仪系，南京２１００９４）
ｉｍｐｒｏｖｅｄｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｏｂｓｅｒｖｅｒｗａｓｕｓｅｄｉｎｔｈｅｐｌａｔｆｏｍｒｓｙｓｔｅｍ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａｃｌａｓｓｉｃｌａｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｏｂｓｅｒｖｅｒ

基于干扰观测器的位置伺服系统复合控制

ＰｏｓｉｔｉｏｎＳｅｒｖｏＳｙｓｔｅｍＣｏｍｐｏｕｎｄＣｏｎｔｒｏｌＢａｓｅｄｏｎＤｉｓｔｕｒｂａｎｃｅＯｂｓｅｒｖｅｒ
ＺＨＡＮＧＳｏｎｇ－ｔａｏ，ＬＩＸｉｎ－ｎｉｎｇ，ＬＩＡＮＧＬｉ — ｈｕａ，ＷＡＮＧＮａ
Ｐ：（ｓ）和滤波器Ｑ（ｓ）两部分构成。其中，尸（ｓ）用
＾
来预测干扰，具体说就是通过和Ｇｏ（见图３）之间的
＾
差异，来实现对干扰ｄ的预测，预测值为ｄ。然而直接对
图１横摇位置系统方框图
矩，提高控制精度，针对系统建模时参数的不确定，提出了一种鲁棒性补偿的干扰观ｉｊｎ，４器和速度前馈相结合
的复合控制方法。该算法提高了系统控制精度，实现了对干扰的估计和补偿，拓展了系统的带宽。仿真结果证明了所提出算法的有效性。
带宽的拓展。
１数学模型１．１伺服系统的数学模型
根据参考文献［３］可知典型的阀控位置伺服系统的传递函数为：
… ａ
碡
＼（－Ｏｈ，
ｃ１
式中，Ｋ为前向通道放大系数，（Ａ／Ｖ）；为角度传感器反馈系数，（Ｖ／。）；为摆动油缸力臂长度，（ｍ）；Ｋ
（哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨

基于扰动观测器的伺服控制器设计及仿真研究

阶跃输入，扰动信号及量测噪声方差为 0.01，无饱和约束,
仿真
B J = 2.5J n 正弦输入，扰动信号及量测噪声方差为 0.01，无饱和约束,
1
C J = Jn
正弦输入，扰动信号及量测噪声方差为 0.01，饱和约束, D J = Jn
阶跃输入，扰动信号及量测噪声方差为 0.01，无饱和约束, E J = 1.8J n
系统扰动 d，速度量测噪声ζ v ，位置量测噪声ζ y 都取为白噪声信号，噪声方差见表 1 中的仿真条件。仿真结果附图所示。其中每个仿真结果的仿真条件见表 1，从仿真结果可以得到以下结论：
表 1 仿真条件说明
仿真图名称
仿真条件
阶跃输入，扰动信号及量测噪声方差为 0.01，无饱和约束, A J = 1.8J n
误差/mm
误差/mm
(D)
t/s
(E)
t/s
误差/mm
误差/mm
(F)
t/s
t/s (G)
t/s (H)
仿真结果表明：基于扰动观测器的伺服系统在扰动及量测噪声不大，且系统模型参数变化不大的情况下具有较高的动态性能及较高的跟踪精度并能克服饱和约束的不良影响。
关键词: 扰动观测器; 抗漂移; 状态反馈控制; 伺服系统
文章编号: 1004-731X (2004) 08-1825-03
中图分类号: TP13
收稿日期: 2003-06-28
修回日期: 2003-12-27
基金项目 : 国家高技术研究发展计划（863 计划）重大专项项目
（2003AA501100）。
作者简介 : 王军平 (1974-), 男, 陕西合阳县人, 博士后, 研究方向为高

基于观测器模型的直线电机干扰抑制技术的研究_张代林

第27卷第12期中国电机工程学报V ol.27 No.12 Apr. 20072007年4月Proceedings of the CSEE ©2007 Chin.Soc.for Elec.Eng. 文章编号：0258-8013 (2007) 12-0014-05 中图分类号：TM346 文献标识码：A 学科分类号：470⋅40基于观测器模型的直线电机干扰抑制技术的研究张代林，陈幼平，艾武，周祖德(华中科技大学机械工程学院，湖北省武汉市 430074)Reserch on Disturbance Suppression Technology for LinearMotors Based on a Disturbance Observer ModelZHANG Dai-lin, CHEN You-ping, AI Wu, ZHOU Zu-de(School of Mech.Sci.&Eng., Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, Hubei Province, China)ABSTRACT: Compared with rotation motors linear motors (LMs) are more sensitive to various force disturbances with the reduction of gears and so on. So it is significant to improve the anti-disturbance performance of LMs. Based on the force disturbance model, a method is proposed to alleviate the force disturbances of LMs effectively. Combined the disturbance observer with the iteration learning algorithm, the proposed method can suppress the force disturbances of the control system of LMs. Therefore, high steady-state positioning precision can be achieved. Simulation and experimental results show that high anti-interference performance can be achieved by using the proposed disturbance suppression method. At the same time, the LM can achieve higher positioning precision. KEY WORDS: position control; linear motor; disturbance observer; iteration learning algorithm; anti-disturbance摘要：与旋转电机相比，直线电机由于减少了齿轮等中间传输环节更容易受到干扰力的影响，所以提高直线电机控制系统的抗干扰性能具有非常重要的意义。

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模块 1 * n + e − 速度调节器 * iq + id
*
系统中，用干扰观测器结合数字低通滤波器来消除负载变化、模型不确定性、摩擦、测量噪声等的干扰。
2
三相异步电机矢量控制系统的模型分析
三相异步电动机的动态数学模型是一个高阶、
非线性、强耦合的多变量系统。理想状态下，经过坐标变换和按转子磁链定向的矢量控制系统，可以等效成直流电机模型[12]。图 1 是本文讨论的三相异步电动机直接矢量控制系统原理图。
图 1 三相异步电动机直接矢量控制系统框图 Control block diagram of direct-vector-controlled 3-phase asynchronous motor
可以得到如下关系式： n p Lm Te = iq ψr Lr Lm iq ω1 − ω = ωs = Tr ψr Lm ψr = id Tr p + 1
PWM 周期信号 dq abc dq αβ
* ua
电流调节器 * ud − + − id iq 磁链角观测
* uq
ub uc
* *
P W M
ia ib ic
M3~
iα abc iβ αβ
速度传感器 ia ib
n 注：为使后述图 5 绘制简便，标记图 1 虚框部分为“模块 1” 。
Fig. 1
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230
中国电机工程学报
第 25 卷
相对阶次和低通滤波器带宽等参数，具有更大的灵活性。单纯的传统 PI 调节器动态校正可以有效抑制阶跃干扰，但对于周期性的交变干扰抑制能力差，而 DOB 对这两种干扰都能有效抑制。并且，DOB 实现简单，易于实时控制，不需要额外的力（力矩）传感器，具有良好的干扰抑制性能和对系统参数变化的鲁棒性。为消除高频干扰，可以采用在实践中已被广泛应用的数字低通滤波的方法。在通常的硬件抗干扰措施、系统控制设计优化等基础上，本文重点讲述在矢量控制交流速度伺服
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第 25 期
熊田忠等：基于干扰观测器的交流速度伺服系统的干扰抑制
u + δˆ d ε + + − − Q(s ) + µ=ε+ d ˆ d DOB µ y + ξ +
231
常数为 Tω的一阶惯性环节；简化后的电流环（转速 1 环的内环）也为一阶惯性环节。为这两个小 TΣ s + 1 惯性环节的合并后的传递函数。对于低频干扰，采用 DOB 进行补偿时，可以 1 忽略实际系统中高频段小惯性环节，若速度 TΣ s + 1 调节器仅采用比例调节，则图 2 可简化成图 3(a)。 TL 作为负载变化干扰，则又可简化成图 3(b)。
1
引言
在速度伺服系统中，干扰是造成系统伺服性能下降的主要因素，必须加以抑制。在矢量控制交流速度伺服系统中，影响系统性能的干扰因素[1-2]主要有：突变的强电磁干扰、能源系统的波动等；数字系统中，存在舍入误差以及采样周期内失去控制作用等；负载变化；系统模型参数的变化；摩擦干扰等。对于电磁、能源波动等的干扰，可采用屏蔽、隔离、滤波、提高电力电子器件性能、采取良好的接地方式等硬件或软件抗干扰措施。对于数字系统中，存在舍入误差以及采样周期内失去控制作用等引起的干扰，可以选择位数长的微处理器芯片，数据处理时合理配置比例因子，适当定标，采用合适的数据表示方法，根据系统的闭环频带、计算速度、计算精度等选择合适的采样频率等来减小干扰。对于负载变化、系统模型参数的变化、摩擦等干扰，在传统系统中，通常采用 PID 控制方法，但这种方法存在对负载变化的适应能力差、抗干扰能力弱和易受系统参数变化影响等弱点。此外，可以采用模型参考自适应控制[3]、滑模变结构法[4-5]、基于摩擦力模型的补偿法[6-7]、自抗扰控制器[8]、模型预测控制器[9]或这些方法结合智能控制等方法加以解决，这些方法通常都比较复杂。干扰观测器（ disturbance observer-DOB ）由 Ohnishi 首先提出[10]，由 Umeno 和 Hori[11]进一步完善，具有以下优点：在没有大的模型误差情况下， DOB 具有干扰抑制的独立调整特性和响应快的特点。与比例校正相结合，设计 DOB 时可选择阶次、
第 25 卷第 25 期 2005 年 12 月文章编号：0258-8013（2005）25-0229-06
中国电机工程学报 Proceedings of the CSEE 中图分类号：TM301 文献标识码：A
Vol.25 No.25 Dec. 2005 ©2005 Chin.Soc.for Elec.Eng. 学科分类号：470⋅40
n + n −
*
P(s) Pn−1 ( s )
图 4 DOB 的可实现形式 Fig. 4 Realizab (a)
np − Js
n
n
*
1 J ps + Bp (b)
n
Fig. 3
图 3 针对低频干扰的速度环简化图 The simplified speed-loop diagram corresponding to the low frequency disturbance
n − n +
*
* K p (τ s + 1) iq
τs 速度调节器
1 iq TΣ s + 1
KiT
Te + TL −
np ω n Kωn Js
图 2 三相异步电动机直接矢量控制速度环简化图 Fig. 2 The simplified speed-loop diagram of direct-vector-controlled 3-phase asynchronous motor
ABSTRACT: Disturbance is the main factor which influences the performance of the AC speed servo system. Considering the low and the high frequency disturbance comprehensively, this paper proposed a disturbance-rejection method in the vector-controlled AC speed servo system. This method uses the disturbance observer to suppress the low frequency disturbance and the digital low-pass filter to suppress the high frequency disturbance. It can effectively reject the disturbances such as load variations, the uncertainty of model, the friction and the measuring noise. It can also be easily applied to practical systems, and better than the traditional PID controller for the periodic alterative disturbance. The paper analyzed the math model and got a simplified form corresponding to the low frequency disturbance. The design methods and principles of the disturbance observer were discussed. The simulation and the experiment have proved that the AC speed servo system adopted by the disturbance observer together with the digital low-pass filter can reject disturbance effectively and achieve good dynamic performance and control effect. KEY WORDS: Disturbance rejection；Disturbance observer； Digital low-pass filter；AC speed servo system；Vector control 摘要：干扰是影响交流速度伺服系统性能的主要因素。综合考虑实际系统中受到的低频和高频干扰，提出了矢量控制交流速度伺服系统中，对于低频干扰采用干扰观测器、高频干扰采用数字低通滤波器的干扰抑制方法。该方法对负载变化、模型不确定性、摩擦、测量噪声等干扰均能有效抑制，且实现简单，在抑制周期交变干扰上，优于传统 PID 控制器。分析了系统的数学模型，并针对低频干扰作了必要的简化。讨论了干扰观测器的设计方法、原则。仿真和实验表明，采用干扰观测器结合数字低通滤波器的交流速度伺服系统能够有效抑制干扰，并且具有良好的动态性能和控制效果。关键词：干扰抑制；干扰观测器；数字低通滤波器；交流速度伺服系统；矢量控制
基于干扰观测器的交流速度伺服系统的干扰抑制
熊田忠，梅志千，郑洁
（河海大学机电工程学院，江苏省常州市 213022）
DISTURBANCE OBSERVER BASED DISTURBANCE REJECTION IN AC SPEED SERVO SYSTEM