1.一种锚杆钻机推进力最优自抗扰控制方法，其特征是，包括如下步骤：步骤1)建立锚杆钻机推进系统数学模型；

步骤2)利用钻机随钻信息，设定钻机当次钻进的最优推进力；

步骤3)结合粒子群优化算法，设计最优自抗扰控制器；

步骤4)基于Matlab和AMESim的联合仿真平台，验证所提锚杆钻机推进系统控制方法的有效性和合理性。

2.根据权利要求1所述的一种锚杆钻机推进力最优自抗扰控制方法，其特征是，所述锚杆钻机推进系统包括三相异步电机、定量泵、高压滤油器、安全阀、电液比例溢流阀、电磁方向阀和液压油缸；所述三相异步电机与定量泵相连接；所述定量泵泵出的高压油，经过高压滤油器后，分别流向电液比例溢流阀和电磁方向阀；所述电液比例溢流阀和定量泵还连接有同一油箱；所述电磁方向阀与液压油缸双向连接；所述液压油缸还连接有负载；

所述电液比例溢流阀包括阻尼孔、依次连接的比例电磁铁、先导控制级和主阀控制级；

所述先导控制级中设置有先导阀芯，主阀控制级中设置有主阀阀芯；所述阻尼孔用于分流乳化液。

3.根据权利要求2所述的一种锚杆钻机推进力最优自抗扰控制方法，其特征是，所述步骤1)的具体内容为：

101)当电液比例溢流阀的比例电磁铁线圈通电时，产生的电磁力作用在先导阀芯上；

乳化液经阻尼孔R1分流，分流后的一部分通过阻尼孔R2，作用于主阀阀芯上腔，另一部分通过阻尼孔R3，作用于先导阀；

如果作用于先导阀上的乳化液压力不能克服电磁力，主阀阀芯上腔和下腔压力近似相等，在主阀弹簧初始作用力下，主阀保持关闭状态；当乳化液压力超过先导阀电磁力，先导阀开启；经阻尼孔R1后，乳化液压力下降，导致主阀下腔压力大于上腔压力，主阀开启；

102)记比例电磁铁输入电流为I、输出电磁力为Fem、增益为Kb，拉普拉斯算子为s，比例电磁铁的数学模型为：

103)记先导阀阀芯及推杆质量之和为m2，先导阀粘性阻尼系数为Bv、等效弹簧刚度为Kv，先导阀阀芯位移为X2，先导级的比例系数为Km＝1/Kv、固有频率为 阻尼系数分别为 先导控制级的数学模型为：

104)记主阀的下腔和上腔压力分别为p1、p2，主阀下表面和上表面受力面积分别为A1、A2，主阀阀芯及推杆质量之和为m1，主阀阀芯弹簧刚度为K，弹簧的初始压缩量为X10，主阀阀芯位移为X1，稳态液动力为Fh，则记ΔFh、ΔX1、Δp1和Δp2分别为Fh、X1、p1和p2的变化量， 表示Fh关于X1的一阶偏导，则 经线性化处理后，表示为ΔFh＝Kh1ΔX1+Kh2(Δp1-Δp2)；

105)记油液有效弹性模量为βe，固定液阻的流量压力系数为GR1，先导阀的流量增益与流量—压力系数分别为Kq2和Kc2，先导阀干路流量和先导阀支路流量分别为Q2和Q4，主阀上腔流量为Q3，主阀上腔容积为V2，则 Q4＝Kq2X2+Kc2p2；

106)记主阀固有频率为 主阀上腔转折频率为ωc＝(GR1+Kc2)βe/V2，主阀主导转折频率为ωv＝(K+Kh1)(GR1+Kc2)/A22，有效作用面积为则主阀阀芯位移X1表示为：

其中

107)基于ωM和ωc远大于液压推进系统固有频率，忽略其对系统控制性能的影响，将X1(s)进行简化，有

108)记比例溢流阀溢流流量为Q，主阀下腔流量为Q1，主阀下腔容积为V1，主阀的流量增益与流量—压力系数分别为Kq1和Kc1，则主阀的阀口流量为：

109)记K0＝K1/(1+K1Kc1)，K1＝(K+Kh1)/AKq1，ω1＝Kc1βe/V1， D(s)＝K0(1+s/ωv)，忽略具有高频特性的转折频率Kq1/A1的影响，得到比例溢流阀的输出压力p1与先导阀芯位移X2，以及溢流阀输入流量Q1之间的传递函数关系为：

110)记推进系统输出力和负载力分别为F和FL，钻头位移量为x，钻杆与推进油缸总重量为m，推进油缸回油腔压力为p3，推进油缸两腔有效作用面积分别为A3和A4，推进系统负载等效弹簧刚度为KL，钻机进钻过程中的摩擦力、振动干扰以及难以建模的阻力之和为F1，推进油缸的数学模型为：

111)根据比例溢流阀数学模型和推进油缸数学模型，综合得到推进系统输出力与电液比例溢流阀输入电流之间满足以下函数关系为：

4.根据权利要求3所述的一种锚杆钻机推进力最优自抗扰控制方法，其特征是，所述步骤112)中将先导阀的固有频率ωm设计为主阀等效频率ω0的100倍以上，将推进系统数学模型进行简化，有

5.根据权利要求3所述的一种锚杆钻机推进力最优自抗扰控制方法，其特征是，所述步骤2)的具体内容为：根据检测得到的钻机在k-1阶段的钻进过程中的推进力F(k-1)、推进位移x(k-1)、转速n(k-1)和转矩信息T(k-1)，预估本次k阶段的钻进过程中岩石硬度系数f(k)；

记钻杆直径为D，调节常数为λ，设定k阶段最优推进力Fv(k)为：Fv(k)＝λDf(k)。

6.根据权利要求5所述的一种锚杆钻机推进力最优自抗扰控制方法，其特征是，所述步骤3)的具体内容为：

31)采用二阶自抗扰控制器，实现锚杆钻机推进系统推进力控制；自抗扰控制器包括微分跟踪器、扩张状态观测器和非线性状态误差反馈控制率；

微分跟踪器的速度因子r和滤波因子h0，扩张状态观测器增益β01，β02，β03和参数b0，以及非线性反馈控制器中增益β11和β12；

32)采用粒子群优化算法整定上述自抗扰控制器的参数；

记粒子群中粒子个数为m0，每个粒子的维数为D，则第i个粒子的位置表示为xi＝(xi1,xi2,…,xiD)，i＝1,2,…,m0；其速度为vi＝(vi1,vi2,…,viD)；第i个粒子搜索到的最优位置为pi＝(pi1,pi2,…,piD)，整个粒子群搜索到的最优位置为pg＝(pg1,pg2,…,pgD)；

惯性权重为w，加速度常数为c1和c2，r1和r2为[0,1]之间均匀分布的随机变量，则每个粒子通过式 更新其速度，通过式 更新其位置，实现进化搜索； 表示第N次迭代过程中第i个粒子的第d个最优位置， 表示第N次迭代过程中第i个粒子的第d个最优位置的速度， 表示第N次迭代过程中第i个粒子的第d个位置， 表示第N次迭代过程中整个粒子群的第d个最优位置；

33)粒子采用实数编码形式，记为xi＝(r,h0,β01,β02,β03,β11,β12,b0)；

34)考虑钻机推进力控制系统的快速性和准确性要求，采用绝对误差乘时间的积分准则作为目标函数，在目标函数中增加度量超调量的性能指标：记权值为ω1和ω2，系统的瞬时误差为e(t)，超调量为Mp，获得综合目标函数

35)针对上述目标函数，构建自抗扰控制器参数的粒子群优化整定方法。

7.根据权利要求6所述的一种锚杆钻机推进力最优自抗扰控制方法，其特征是，所述步骤35)的具体内容为：

351)初始化粒子群所有粒子的初始位置和速度；

352)将每个粒子位置所对应的自抗扰控制器参数，引入推进力控制系统的物理仿真系统，运行并计算其目标值；

353)根据每个粒子的目标值，更新局部最优粒子、全局最优粒子，及其局部极值和全局极值；

354)更新每个粒子的位置和速度；

355)判断是否达到最大的迭代次数，如果满足判断条件，则终止搜索，并且输出全局最优解；否则，跳转到352)。

8.根据权利要求2所述的一种锚杆钻机推进力最优自抗扰控制方法，其特征是，所述步骤4)的具体内容为：

41)基于Matlab和AMESim的联合仿真平台，实现最优自抗扰控制器以及锚杆钻机推进系统搭建；

42)实验验证所提的锚杆钻机推进力最优自抗扰控制方法有效性和合理性。