电子分析天平中干扰观测器的复合控制方法

   赛多利斯电子分析天平是实验室最常用的称量仪器，一般由电磁力平衡传感器、调节电路等许多设备组成。实验中对电磁力平衡传感器的开环系统进行系统辨识，可以得到相应的系统参数。

研究人员为了得到简单而快速的控制方法，提出一种基于干扰观测器的复合控制方法，提高了称量的快速性与稳定性，缩短了系统的稳定调节时间，并且控制方式具有较强的适应模型能力，优于国家标准JJG1036—2022《电子天平检定规程》规定的Ⅰ级天平示值误差指标。

为了抑制系统中未建模部分及参数摄动等干扰，实验中加入干扰观测器，通过控制输入与最终输出进行对干扰量的估计并进行补偿。数字前馈控制器以及带有DOB的电子分析天平的闭环反馈环节，此DOB只使用了电子分析天平的名义模型，而没有用到电子分析天平的逆模型，因此避免了一些电子分析天平的逆不稳定的现象。

数字前馈和带有DOB的电子分析天平的闭环反馈构成的复合控制方法简单而有效地提高了信号跟踪的精度，且易实现。由于该复合控制方法具有对信号畸变不敏感的特性，所以可以避免测量畸变的瞬态影响，而保证系统的稳态性能。

根据电子分析天平的结构和实验参数，利用MATLAB软件建立电子分析天平模型，并进行仿真分析，以检验基于干扰观测器的复合控制方法调节的有效性。分别对使用传统PID控制和基于DOB复合控制的电子分析天平系统进行仿真，在第1s时加载量为100g，并于1s后卸载，由实验可见，与传统PID控制相比，基于DOB复合控制的电子分析天平系统具有调节时间短、超调小、响应快的优势。通过对数据进行统计分析，当输出质量与加载质量之间误差为0.1mg时，传统PID控制的调节时间为1.30s，基于DOB复合控制的调节时间为0.58s，可以看出基于DOB复合控制能够快速达到输出稳定。

研究了一种带有干扰观测器的复合控制方法并将其应用于电子分析天平的控制中仿真实验结果表明了该方法提高了称量的稳 定性与快速性，缩短了系统的稳定调节时间，且具有较强的适应模型能力，调节效果明显高于传统PID控制方法。