本发明涉及速度环控制器设计，具体为一种基于sadrc的速度环控制器设计方法。
背景技术：
1、永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,pmsm)由于具有结构简单、操作方便、可靠性高、容易控制等优势，而在伺服驱动系统中得到了广泛的应用，特别是在工业机械臂、航空航天、数控机床等对电机性能和控制精度要求高的领域，但pmsm是一个非线性、强耦合、多变量的系统，提升系统稳定性和鲁棒性是研究的热点之一，自抗扰控制基于pid控制的改进而诞生，主要由三部分组成，分别是：跟踪微分器、状态误差反馈率(sef)、扩张观测器，它能够不依赖于受控对象的精确模型，其内部扩张状态观测器(eso)能实现在线扰动估算，具有出色的抗扰动能力，自抗扰控制(active disturbance rejectioncontrol,adrc)经过长时间的发展演变，又可将adrc分为线性自抗扰(ladrc)和非线性自抗扰(nladrc)，两者在控制上各有特点，ladrc由于参数少，调参方便，在误差大的情况下具有良好的控制效果，因此在工程实践中运用多，nladrc具有“小误差，大增益，大误差，小增益”的特性，在小误差情况下控制效果更优，但在参数调节、稳定性分析的方面存在不足，为此设计一种切换开关控制器，在小误差情况下采用nladrc，在大误差情况下采用ladrc，结合两者的优点，设计sadrc控制器，并将sadrc算法运用在伺服控制速度环上。
2、专利文件cn111638641a公开了一种调控电机速度环的分数阶自抗扰控制器的设计方法，其公开了“本发明属于控制器设计相关技术领域，并公开了一种调控电机速度环的分数阶自抗扰控制器的设计方法。该方法包括：s1构建电机速度环与分数阶自抗扰控制器的关系，构建待调控电机速度环系统的控制率u、分数阶pd控制器的输出u0以及待调控电机速度环系统中总扰动f的关系式；s2设计扩张状态观测器；s3构建包括扩张状态观测器、pd控制器、增益-相位裕度测试器和补偿后的速度环控制对象的闭环控制系统，求解扩张状态观测器和pd控制器中的未知参数，以此实现分数阶自抗扰控制器的设计。通过本发明，实现控制器的设计，鲁棒性强，精度高”。
3、综上所述，上述专利通过扩张状态观测器、pd控制器、增益-相位裕度测试器和补偿后的速度环控制对象的闭环控制系统，求解扩张状态观测器和pd控制器中的未知参数，以此实现分数阶自抗扰控制器的设计。通过本发明，实现控制器的设计，鲁棒性强，精度高，但上述专利不能实时观测系统状态误差变量并进行实施补偿，导致系统鲁棒性低的问题；
4、为此，本技术提出了一种实时观测系统状态误差变量，并能够进行实施补偿，提高系统鲁棒性的基于sadrc的速度环控制器设计方法。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种基于sadrc的速度环控制器设计方法，以解决上述背景技术中提出的不能实时观测系统状态误差变量并进行实施补偿，导致系统鲁棒性低技术问题。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于sadrc的速度环控制器设计方法，包括过渡过程(td)、扩张状态观测器(eso)和状态误差反馈率(sef)，所述过渡过程(td)使得速度给定缓慢增加，从而减少超调量，扩张状态观测器(eso)是sadrc的核心，实时观测系统状态误差变量，并能进行实施补偿，提高系统鲁棒性，由于扩张状态观测器(eso)能够实时估计并补偿外部与内部扰动，因此传统pid中在常值扰动下为消除静差而采用的积分器已不再必要，线性状态误差反馈控制律进一步简化为pd组合的设计。
3、优选的，所述过渡过程(td)在nladrc和ladrc中相同，但考虑到实际工程中微控制器的数据处理能力，sadrc控制器设计更加简单，本文控制对象为二阶系统，控制对象为永磁同步电机，用于工业机械臂领域。
4、优选的，所述永磁同步电机采用双闭环矢量控制，电流环采用传统pi控制，速度环用sadrc算法控制，该控制系统为惯性系统，速度从零到达速度给定需要一定时间，在初始时刻，速度给定与速度反馈的差值大，产生的差值将造成超调量大，为此先设计过渡过程(td)，让速度给定平缓增加。
5、优选的，所述扩张状态观测器(eso)线性leso的离散形式为：
6、
7、扩张状态观测器(eso)非线性nleso的离散形式写为：
8、
9、其中h为步长，β1，β2，β3是leso的增益因子，β'1，β'2，β'3是nleso的增益因子，通过带宽法进行调参。
10、优选的，所述nleso离散形式中α1，α2，α3和δ是待定参数，线性leso的离散形式中z1、z2、z3为ladrc的状态变量，z’1、z’2、z’3为nladrc的状态变量，e、e’为估计值与输出值的误差，b0，b’0为待定系数，数值越大，系统越稳定但控制效果越差。
11、优选的，所述控制系统中，状态误差反馈率(sef)设计为pd控制，lsef设计为：
12、u0＝k1(v1-z1)+k2(v2-z2)
13、nlsef设计为：
14、u’0＝k’1fal(v1-z1，α'1,δ')+k’2fal(v2-z2,α'2,δ')。
15、优选的，所述控制系统中k1、k2、k’1、k’2为待定参数，fal(e,αi,δ)为非线性函数，α'i和δ'为nlsef的两个待定参数，fal(e,α'i,δ')表达式如下：
16、
17、fal(e,α'i,δ')函数在误差小的情况下大增益，随着误差的增大，增益反而增加的越慢。
18、优选的，所述ladrc在大误差情况下控制效果优越，nladrc具有“小误差，大增益，大误差，小增益”的特性，在小误差情况下控制效果优越，sadrc结合两者优点，在大范围误差变化中都具有良好的控制效果，且在ladrc和nladrc切换过程中不会产生突变，切换过程平滑。
19、优选的，所述控制系统总输出为：
20、u＝us+u’(1-s)
21、u、u’分别为ladrc和nladrc的输出，s为偏置系数，s为偏置系数
22、
23、在上式中e1、e2为可设置的误差阈值，根据需要的控制效果设定，由上式可知，在误差较小时系统总输出u＝u’，控制器为nladrc进行控制，同理，误差大时，控制器切换为ladrc，满足小误差采用nladrc，大误差切换为ladrc，中间加入平滑切换过程，避免系统参数出现突变。
24、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
25、1.本发明通过安装有过渡过程(td)、扩张状态观测器(eso)和状态误差反馈率(sef)，所述过渡过程(td)使得速度给定缓慢增加，从而减少超调量，扩张状态观测器(eso)是sadrc的核心，实时观测系统状态误差变量，并能进行实施补偿，提高系统鲁棒性，由于扩张状态观测器(eso)能够实时估计并补偿外部与内部扰动，因此传统pid中在常值扰动下为消除静差而采用的积分器已不再必要，线性状态误差反馈控制律进一步简化为pd组合的设计；
26、2.本发明通过安装有扩张状态观测器(eso)和状态误差反馈率(sef)，所述ladrc在大误差情况下控制效果优越，nladrc具有“小误差，大增益，大误差，小增益”的特性，在小误差情况下控制效果优越，sadrc结合两者优点，在大范围误差变化中都具有良好的控制效果，且在ladrc和nladrc切换过程中不会产生突变，切换过程平滑。
1.一种基于sadrc的速度环控制器设计方法，包括过渡过程(td)、扩张状态观测器(eso)和状态误差反馈率(sef)，其特征在于：所述过渡过程(td)使得速度给定缓慢增加，从而减少超调量，扩张状态观测器(eso)是sadrc的核心，实时观测系统状态误差变量，并能进行实施补偿，提高系统鲁棒性，由于扩张状态观测器(eso)能够实时估计并补偿外部与内部扰动，因此传统pid中在常值扰动下为消除静差而采用的积分器已不再必要，线性状态误差反馈控制律进一步简化为pd组合的设计。
2.根据权利要求1所述的一种基于sadrc的速度环控制器设计方法，其特征在于：所述过渡过程(td)在nladrc和ladrc中相同，但考虑到实际工程中微控制器的数据处理能力，sadrc控制器设计更加简单，本文控制对象为二阶系统，控制对象为永磁同步电机，用于工业机械臂领域。
3.根据权利要求2所述的一种基于sadrc的速度环控制器设计方法，其特征在于：所述永磁同步电机采用双闭环矢量控制，电流环采用传统pi控制，速度环用sadrc算法控制，该控制系统为惯性系统，速度从零到达速度给定需要一定时间，在初始时刻，速度给定与速度反馈的差值大，产生的差值将造成超调量大，为此先设计过渡过程(td)，让速度给定平缓增加。
4.根据权利要求1所述的一种基于sadrc的速度环控制器设计方法，其特征在于：所述扩张状态观测器(eso)线性leso的离散形式为：
5.根据权利要求4所述的一种基于sadrc的速度环控制器设计方法，其特征在于：所述nleso离散形式中α1，α2，α3和δ是待定参数，线性leso的离散形式中z1、z2、z3为ladrc的状态变量，z′1、z′2、z′3为nladrc的状态变量，e、e’为估计值与输出值的误差，b0，b’0为待定系数，数值越大，系统越稳定但控制效果越差。
6.根据权利要求3所述的一种基于sadrc的速度环控制器设计方法，其特征在于：所述控制系统中，状态误差反馈率(sef)设计为pd控制，lsef设计为：
7.根据权利要求6所述的一种基于sadrc的速度环控制器设计方法，其特征在于：所述控制系统中k1、k2、k’1、k’2为待定参数，fal(e,αi,δ)为非线性函数，α'i和δ'为nlsef的两个待定参数，fal(e,α'i,δ')表达式如下：
8.根据权利要求2所述的一种基于sadrc的速度环控制器设计方法，其特征在于：所述ladrc在大误差情况下控制效果优越，nladrc具有“小误差，大增益，大误差，小增益”的特性，在小误差情况下控制效果优越，sadrc结合两者优点，在大范围误差变化中都具有良好的控制效果，且在ladrc和nladrc切换过程中不会产生突变，切换过程平滑。
9.根据权利要求3所述的一种基于sadrc的速度环控制器设计方法，其特征在于：所述控制系统总输出为：
