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第 30 卷 第 11 期
Vol. 30 No. 11
控 制 与 决 策
Control and Decision
2015 年 11 月
Nov. 2015
基于自抗扰技术的网络化无刷直流电机控制系统时延补偿
文章编号: 1001-0920 (2015) 11-2085-04 DOI: 10.13195/j.kzyjc.2014.1414
张文安, 刘 凯, 俞 立, 董 辉
(浙江工业大学 信息工程学院,杭州 310023)
摘 要: 采用自抗扰控制技术解决网络化无刷直流电机转速控制系统的时延补偿问题. 首先, 建立含有时变网络诱
导时延的无刷直流电机控制系统模型, 并将时变时延引起的不确定动态描述为系统模型的不确定性; 然后, 设计自抗
扰控制器, 对时延引起的不确定动态进行动态线性化补偿, 从而消除时变时延对系统性能的影响; 最后, 通过仿真研
究表明了所设计的自抗扰补偿方法的有效性和优越性.
关键词: 网络化控制系统;时延补偿;无刷直流电机;自抗扰控制
中图分类号: TP273 文献标志码: A
Delay compensation for networked brushless DC motor control systems
based on active disturbance rejection technique
ZHANG Wen-an, LIU Kai, YU Li, DONG Hui
(College of Information Engineering,Zhejiang University of Technology,Hangzhou 310023,China. Correspondent;
ZHANG Wen-an,E-mail:wazhang@zjut.edu.cn)
Abstract: The active disturbance rejection control technique is applied to solve the delay compensation problem of the
networked brushless DC motor speed control system. Firstly, an uncertain system model is presented to describe the DC
motor control system with time-varying network induced delay, where the dynamics induced by the uncertain part of the
delay is described by the model uncertainties. Then, an extended state observer(ESO) is designed to estimate the uncertainty
of the motor speed control system model. Finally, an example is presented to show the effectiveness and superiority of the
proposed active disturbance control method.
Keywords: networked control systems ;delay compensation;brushless DC motor;active disturbance rejection control
0 引引引 言言言
随着工业生产规模的不断扩大, 对生产过程的安
全要求的不断提高, 传统的运动控制系统越来越无法
满足实际需求. 现代网络控制技术的发展, 使得网络
化控制取代传统控制方式成为可能. 目前, 网络化运
动控制已广泛地应用于数控机床、工业机械手等领
域
[1]
. 在网络控制系统中, 用通讯网络连接传感器、控
制器和执行器
[2]
, 与传统的控制系统相比, 它具有诸
多优点, 例如可以远程操控、减少系统的连线、便于
安装与维护以及系统信息集成和共享等. 但是, 将通
信网络引入控制回路也带来一些新的问题. 由于信息
传递的分时复用原则, 并限于网络的带宽和承载能力,
必然会造成信息的冲撞、重传等现象, 从而导致信息
在控制回路的传输过程中产生网络诱导时延, 而且时
延是随着网络负载变化而变化的, 是时变的、不确定
的. 这种时变网络诱导时延使得系统控制输入不能及
时更新, 从而导致系统性能下降甚至失稳
[3-4]
. 特别地,
对于快变的运动控制系统, 该问题显得尤为严峻, 亟
需提出有效的时延补偿方法.
网络诱导时延通常分为两类, 即大于一个采样周
期的长时延和小于一个采样周期的短时延. 其中, 长
时延的情况在实际系统中出现的频率并不高, 但长
时延对运动控制系统会有很大的影响, 工程上一般
通过改善网络协议和结构等措施将时延尽可能地减
小, 但是短时延的存在往往是不可避免的. 针对短时
延, 目前常用的时延补偿方法有: 鲁棒控制方法
[5-6]
、
Smith 预估器补偿方法
[7]
和采用时间驱动执行器进行
人为延长时延的方法等. 其中: 鲁棒控制方法不需要
收稿日期: 2014-09-12;修回日期: 2015-01-27.
基金项目: 国家自然科学基金项目(61273117);教育部新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-13-0998).
作者简介: 张文安(1982−), 男, 教授, 博士, 从事网络化控制等研究;刘凯(1987− ), 男, 硕士生, 从事网络控制、机械臂
控制的研究.
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