一种利用改进型自抗扰控制器的母线电压波动平抑方法

本发明涉及级联式电驱动系统稳定电压，具体涉及一种利用改进型自抗扰控制器的母线电压波动平抑方法。

背景技术：

1、目前级联式电驱动系统已被广泛应用于电动汽车、电动拖拉机、轮船、高铁等工程应用领域。级联式电驱动系统较多采用传统线性自抗扰控制技术来维持母线电压的稳定性。

2、传统的线性自抗扰控制器(ladrc)将所有外扰和系统内部未知信息统一视为总扰动。ladrc对误差的估计不依赖于系统的建模精度和外部扰动的测量，而是采用线性线性扩张状态观测器(leso)，对系统的输入和输出量进行观测，并进行误差的估计和补偿，如说明书附图1所示，在扩张状态观测器中，误差的追踪是有顺序的，首先要使z1追踪到系统输出y，再使z2追踪到总扰动x2，当z1稳定的追踪到系统输出y之前，系统的总扰动追踪也无法快速进行，同时由于跟踪误差e(e＝y-v)的值一般较小，难以直接观测总扰动的微分值，这就导致线性状态观测器的观测过程中出现时延和观测误差。

3、为了解决传统线性扩张状态观测器leso观测过程中容易出现的误差与时延问题，现有解决办法一般采用增大β2，或扩张一个关于总扰动微分的状态变量的方法来增加观测器带宽值，以提高系统的动态预测能力，但是这种增大带宽的方法容易导致系统产生振荡，降低了系统稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种利用改进型自抗扰控制器的母线电压波动平抑方法，以解决现有技术中增大带宽的方法容易导致系统产生振荡，降低系统稳定性的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

3、一种利用改进型自抗扰控制器的母线电压波动平抑方法，包括以下步骤：

4、步骤100、将所述改进型自抗扰控制器adrc设计为包括三阶状态扩张观测器和线性状态误差反馈控制律lesf，将所述级联电驱动系统的输入和输出形成的二阶方程转化为二阶状态方程，通过对传统的线性扩张状态观测器leso扩张出新的状态分量，形成三阶状态扩张观测器，并对新的扩张状态分量添加低通滤波器；

5、步骤200、利用极点配置法将所述改进型自抗扰控制器adrc的参数调配线性化，通过配置所述三阶状态扩张观测器的参数来确定所述三阶状态扩张观测器的增益矩阵与带宽的联系；

6、步骤300、建立simulink仿真模型，在所述级联电驱动系统的转矩突变情况下，对比改进型自抗扰控制器adrc的母线电压控制效果。

7、作为本发明的一种优选方案，在所述步骤100中，将所述级联电驱动系统的所有外扰和系统内部未知信息统一视为总扰动，其中，选取状态变量x1＝y，x2＝f，得到所述级联电驱动系统的新的二阶方程为：

8、

9、其中，f、b0分别为所述级联电驱动系统的总扰动和控制增益，u为所述级联电驱动系统的输入，y为所述级联电驱动系统的输出；

10、根据上述新的二阶方程转化为二阶状态方程，所述二阶状态方程的具体计算公式如下：

11、

12、式中，z1、z2分别为传统的线性扩张状态观测器leso观测的系统输出值和总扰动估计值，β1、β2为传统的线性扩张状态观测器leso的增益值。

13、作为本发明的一种优选方案，在所述步骤100中，所述线性状态误差反馈控制律lesf的计算公式为：

14、

15、式中，r为控制量的预设值，kp为所述线性状态误差反馈控制律lesf的增益，基于该公式计算出所述线性状态误差反馈控制律lesf的增益kp；

16、z1为所述线性扩张状态观测器leso观测的系统输出值，z2为所述线性扩张状态观测器leso观测的总扰动估计值；

17、b0为控制增益；

18、u为所述级联电驱动系统的输入。

19、作为本发明的一种优选方案，对传统的线性扩张状态观测器leso扩张出新的状态分量β3，形成三阶状态扩张观测器，以充分利用误差信息并增强使所述级联电驱动系统的抑制能力；

20、并对新的扩张状态分量添加低通滤波器，以避免系统母线电压产生高频谐波；

21、其中，建立的三阶状态扩张观测器的计算公式为：

22、

23、其中，z1为所述三阶状态扩张观测器观测的系统输出值，z2为所述三阶状态扩张观测器观测的总扰动估计值，z3为总扰动的微分；

24、s为复数算子；

25、β1、β2为所述三阶状态扩张观测器的原始增益值，β3为所述三阶状态扩张观测器新增的增益值；

26、b0为控制增益，u为所述级联电驱动系统的输入；

27、y为所述级联电驱动系统的输出。

28、作为本发明的一种优选方案，在所述步骤200中，采用极点配置法配置所述三阶状态扩张观测器的参数，将改进型自抗扰控制器adrc调参问题转化为所述三阶状态扩张观测器的带宽调参问题；

29、将所述三阶状态扩张观测器上的3个极点以及闭环极点配置到s平面左半实轴-ω处，来确定三阶状态扩张观测器的增益矩阵与带宽的联系，极点配置过程如下：

30、λ＝s3+3β1s2+3β22s+3β3＝(s+ω0)3；

31、其中，

32、其中，所述三阶状态扩张观测器的带宽参数w0的取值范围一般为3～5kp；λ为观测器增益矩阵，建立所述三阶状态扩张观测器的增益矩阵与带宽的联系。

33、作为本发明的一种优选方案，在所述步骤300中，将所述级联电驱动系统分别接入改进型自抗扰控制器以及传统pid控制器，分别监控所述级联电驱动系统产生扭矩突变的时间点以及扭矩变化值、接入所述改进型自抗扰控制器的母线电压对应产生波动的时间点和电压峰峰值，以及接入传统pid控制器的母线电压对应产生波动的时间点和电压峰峰值；

34、根据所述改进型自抗扰控制器的母线电压波动峰峰值以及传统pid控制器的母线电压波动峰峰值的对比结果，确定所述改进型自抗扰控制器的动态性能。

35、作为本发明的一种优选方案，根据所述改进型自抗扰控制器在波动产生后的调节时间以及传统pid控制器在波动产生后的调节时间，确定所述改进型自抗扰控制器的动态性能。

36、本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

37、本发明的改进型自抗扰控制器中不加入线性跟踪微分器ltd，降低产生高频谐波，并对传统的线性扩张状态观测器leso扩张新的状态变量增大观测器带宽，同时加入低通滤波器通过减少多余高频分量来减小系统振荡，使得级联式驱动系统的稳定性增强，并拥有更强的抗干扰能力。

技术特征：

1.一种利用改进型自抗扰控制器的母线电压波动平抑方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种利用改进型自抗扰控制器的母线电压波动平抑方法，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的一种利用改进型自抗扰控制器的母线电压波动平抑方法，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的一种利用改进型自抗扰控制器的母线电压波动平抑方法，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的一种利用改进型自抗扰控制器的母线电压波动平抑方法，其特征在于，

6.根据权利要求3所述的一种利用改进型自抗扰控制器的母线电压波动平抑方法，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的一种利用改进型自抗扰控制器的母线电压波动平抑方法，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种利用改进型自抗扰控制器的母线电压波动平抑方法，将线性扩张状态观测器扩张出新的状态分量，并在新的扩张状态分量添加低通滤波器，进一步采用极点配置法配置线性扩张状态观测器的参数，来确定线性扩张状态观测器的增益矩阵与带宽的联系；建立Simulink仿真模型，在级联电驱动系统的转矩突变情况下，对比改进后的自抗扰控制下的母线电压控制效果；本发明为自抗扰控制器内的线性扩张状态观测器LESO扩张新的状态变量增大观测器带宽，同时加入低通滤波器通过减少多余高频分量来减小系统振荡，使得级联式驱动系统的稳定性增强，并拥有更强的抗干扰能力。

技术研发人员：程龙,段奥实,杨雅倩,阿德,邱爽,章子谦
受保护的技术使用者：安徽农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1