基于H∞方法的直流电机速度控制器

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自 化 术与 用》０８ 第２卷 期 动 技 应 ２０年 ７ 第５
控 制 理 论 与 应 用
Ｃｏｎ ｒ ｌ ｔｏ Ｔｈｅ ｏ￣ ａｎ ｄ Ａｐｐ ｉａｔ ｎ ｌ ｉ ｓ ｃ ｏ
适地选择 加权 函数 ｗ ｌ 、ｗ ２ 、ｗ ３ 确定 出系统 的标称 ， 对象 Ｇ， 即可利用 Ｍａｌｂ鲁棒控制工具箱 求出广义 对象 ｔ ａ 的状态 空间实现 ， 进而求得 对受控对 象的不确 定性和 外
１ 引言
直流 电动机具 有 良好的启 动 、制动 和调速 性 能 ， 能
快速地启制动 ， 正反转 ， 能在十分宽广 的范 围内平滑而经 济地调速 ， 因此 ， 在一 些要 求较高的 电力拖动 系统 中得到 了广 泛应用 。例 如 ， 一些机 床轧钢 机 、 电气牵 引机及 在 起重设备 中都 采用 了直 流 电动机拖 动… 。 目前 ， 虽然 交
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ｓ ｒ ｃ ： ｅ ＤＣ ｏ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ｙ ｔ ｍ ｓｏ ｅ ｆｅ ｔ ｄ ｂ ｈ ｏ ｄ ｄ ｓｕ ｂ ｎ ｅ ｎ ａ ａ ｅ ｅ ａ ｉ ｔ ｎ ， ｏ ｕ ｔｓ ｅ ｄ ｍ ｔ ｒｉ ｈ ｏ ｔｏ ｓｅ ｉ ｆ ｎ ａ ｆ ｃ ｅ ｙ ｔ ｅ ｌ ａ ｉｔ ｒ ａ ｃ ｓ ａ ｄ ｐ ｒ ｍ ｔ ｒｖ ｒ ａ ｉ ｓ ａ ｒ ｂ ｓ ｐ ｅ ｓ ｔ ｏ
Ｃｒ ＝ ９５ ．５Ｃ ＝ １２ ７ 。 ．４
经计 算可 得系统 标称状 态方程 系数矩 阵 ， 即
在 干扰起 很好 抑制 作用 的控 制器 Ｋ。具 体理论 推导 及
Ｍａｌｂ操作可参 阅［］［］［］ ｔ ａ ２， ， 。 ３ ４
确定性及 干扰 抑制方 面存在 着严重 的不足 ， 极大地 影 响
图１
混合 灵敏 度设计 问题 的模 型
图 中加权 函数 Ｗ 表 示对 系统性 能的约 束 ， １ 通过 调
整 可以有效地 抑制干扰的影响 ， 获得希 望输出的信号 ； 加 权 函数 Ｗ ２反 映 了对加 性 不确 定性 的限制 ； 加权 函数
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控 制 理 论 与 应 用
Ｃｏ ｔｏｌ ｅｏｒ ｄ Ａｐｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｎｒ Ｔｈ ａｎ ｙ ｌ ｔｏ ｓ ｃ
《 动 化 技 术 与 应 用 》２ ０ 自 ０ ８年 第 ２ ７卷第 ５期
基 于 。 法 的 直 流 电机 速 度 控 制 器 。 方
流变频调 速在 一些领 域 中已经取代 了直流 拖动 系统 ， 但 直流 电机 因其控制系统设 计简易 、成本低廉 、控制算法 合理 、开发周 期短 等诸多原 因 ， 别是无 刷直流 电机产 特
生， 使其应用和发展仍 占有 很大的空 间。 因此 ， 我们对直
流 电机拖 动控 制系 统进 行研究 还 是很有 意义 的 。 由于 传统方法 设计 的 电机调速 控制器 ， 其在 参数 不
ｃ ｎｒｌ ｒ ｓ ｒｓ ｎｅ ａｅ ｎｔｅ Ｈ ｄ ｓｇ 。 ｉ ｌｔ ｎｒｓ ｌ ｒ ｌ ｉｅ ． ｏ ｔ ｌ ｅｅ ｔｄｂ ｓｄｏ ｏ ｅ ｉｐ ｈ ｅｉｎ Ｓ ｍｕａｉ ｅｕｔ ａｅａｓ ｇｖ ｎ ｏ ｓ ｏ
Ｋ ｅ Ｗ ｏ ｄｓ ｏ ｄ ｄ ｓｕ ｂａ ｃ ；ｓ ｅ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌｅ ｙ ｒ ：ｌ ａ ｉ ｔ ｒ ｎ ｅ ｐ ｅ ｏ ｔ ｏ ｌ ｒ； ａ ａ ｅ ｅ ｓ ｖ ｒａ ｉ ｎ ；ｒ ｂ ｓ ｎ ｓ ｐ ｒ ｍ ｔ ｒ ａ ｉ ｔｏ ｓ ｏ ｕ ｔ ｅ ｓ
罗 军， 夏 洪
（ 东华理 工大学 电子 与机械工 程学 院， 西 ， 州 ３ ４ ０ ） 江 抚 ４ ０ ０
பைடு நூலகம்
摘 要 ： 针对直流 电机控制系统容易受负载扰动和参数变化等影响的特点 ， 基于 Ｈ
。。
方法设计 了鲁棒速度控制器 ， 解决 了传统控 制器
在满足系统跟踪性 能和抗干扰性 能要求方面存在的矛盾 。仿真结果表 明， 该控制器可以很好地抑 制负 载的扰动及参数的不确
的控 制器 在 满 足系 统 的跟 踪性 能和抗 干 扰性 能要 求方 面存在 的不足 ， 好地提 高 了系统的 鲁棒性 和控制系 统 很
的跟 踪精 度 。
２ 理 论 介 绍
混 合 灵 敏 度 问题 是 日 控 制 的最 典 型 问题 之 一 。 其 设计模 型如下 图（ ） １ 所示 ：
定性 ， 使控制系统具有很好的鲁棒性 。 关键 词 ： 负载扰动 ； 速度控制器 ； 参数不确定性 ； 鲁棒性
中图分 类号 ： １ ； Ｍ３ ＴＰ ３ Ｔ ３ 文献 标识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ３ ２ １ （０ ８ ５ ０ 卜 ０ １０ ７ ４ ２ ０ ）０ ０ １ ３
ＤＣ ｔ ｒ ｅ ｄ Ｃｏ ｔ ｌ ｒ ａ ｅ ｎｔ ｅ Ｈ Ｍｏ ｏ ｅ ｎｒ ｌ ｓ ｄ ｏ Ｄｅ ｉｎ Ｓｐ ｏｅ Ｂ ｈ ｓｇ
ＬＵＯ Ｊ ｎ ＸＩ ｕ ， Ａ Ｈｏ ｎｇ
（ ｅ ｔ ｎ＆Ｍｅ ｈ ｎｃ ｌ ｎ ｉｅ ｒ ｇＣｏｌｇ ，ａｔ ｉａ ｉｅｓｔ ｆ ｅｈ ｏｏ ｙ Ｆ ｚ ｏ ，４ ０ ０Ｃ ｉａ Ｅｌ ｒ ｃｏ ｃ ａ ｉａ Ｅ ｇｎ ｅｉ ｌ ｅＥ ｓＣｈｎ ｖ ｒｉ ｏ ｃ ｎ ｌｇ ， ｕ ｈ ｕ３ ４ ０ ，ｈｎ ） ｎ ｅ Ｕｎ ｙ Ｔ
了 系统 的品 质 。对 于不 确 定性 和 抗扰 动 等鲁 棒控 制 问
题， 日 鲁棒 控制理 论是 一种 较成功且 完善 的控 制器设
计方法 。基 于此方法设 计 出的速度控 制器 ， 克服 了传统
收 稿 日期 ： ０ —１ — ２ ７ ２４ ０ ２
ｗ 映 了对 乘性 不确 定性 的限制 ， ３反 由控 制对象本 身特 性决定 ； １ １ ３ Ｚ 、Ｚ 、Ｚ 为系统的评价信号。我们只需要合