简述四种干扰观测器(四)————基于状态观测器的干扰观测器

如果继续构建状态观测器,其中的状态变量本身即包含干扰力,那么此状态观测器即可作为干扰观测器。

还是以直流电机为例:
直流电机的力矩方程如下:
                                                         T_{e}=J\frac{\mathrm{d}\omega _{rm} }{\mathrm{d} t}+B\omega _{m}+T_{L}

                                          \frac{\mathrm{d} }{\mathrm{d} t}\begin{bmatrix} \theta _{rm}\\ \omega _{rm}\\ T_{L} \end{bmatrix}=\begin{bmatrix} 0& 1&0 \\ 0 & -\frac{B}{J}& -\frac{1}{J}\\ 0 & 0 & 0 \end{bmatrix}\begin{bmatrix} \theta _{rm}\\ \omega _{rm}\\ T_{L} \end{bmatrix}+\begin{bmatrix} 0\\ \frac{1}{J}\\ 0 \end{bmatrix}T_{e} 

利用上述状态方程构建如下观测器:其中利用的是编码器的采样值来进行反馈。

可以看出,观测器的状态量包含转速估计值和负载转矩估计值,因此可以将其分别估计出来。

只要转角变化较慢,即使B的值不准确,也可以准确地估计转速和负载转矩信息。

当观测器的带宽较高时,便可准确地估计出扰动转矩,控制框图如下:
 

 这里仅仅是粗略地给出如何利用状态观测器来设计扰动观测器,如果您要在实际应用中使用这种观测器,还要仔细地阅读《电机传动系统控制》,书中详细地介绍了观测器的极点配置,性能分析,观测器的改进,速度与负载转矩观测器的分离设计。

总结:

1、这种观测器可以观测转速和负载转矩。

2、在转速较低的情况下转速观测器效果很好。

3、观测器的带宽要是控制器带宽的三倍以上才好。

4、转速或者带宽较高时,对模型参数的准确性更加依赖。

5、观测器带宽最好是控制器带宽的3~5倍。 

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