[發(fā)明專利]一種大時滯系統(tǒng)的灰色自抗擾控制方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010291802.4
• 申請日: 2010-09-26
• 公開（公告）號: CN101995822A
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程啟明;程尹曼;汪明媚;王映斐
• 申請（專利權(quán)）人: 上海電力學(xué)院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種大時滯系統(tǒng)控制方法，特別涉及一種大時滯系統(tǒng)的灰色自抗擾控制方法。

背景技術(shù)

大時滯過程的控制問題是控制理論和實踐研究的一個熱點問題。大時滯現(xiàn)象的存在使得系統(tǒng)當(dāng)前施加的控制作用經(jīng)過一段時間才會在輸出反映出來，系統(tǒng)控制部分不能及時得到控制作用的反饋信息，等到控制效果能通過輸出測量體現(xiàn)時，此時控制作用的強度往往己過頭。因此，大時滯的存在使得系統(tǒng)超調(diào)量增大、穩(wěn)定性變差、調(diào)節(jié)時間加長，嚴重影響了系統(tǒng)的控制品質(zhì)。一般認為對象的純滯后時間τ與時間常數(shù)T的比值τ/T?>?0.5時就屬于大時滯過程。實踐表明,?目前廣泛應(yīng)用的PID調(diào)節(jié)器對復(fù)雜大時滯過程很難達到良好的控制性能。對于τ/T?>?1?的系統(tǒng)，用PID調(diào)節(jié)器實現(xiàn)穩(wěn)定控制幾乎不可能。大時滯過程是較難控制的過程，其控制難度隨著τ/T?比值的增加而增加。由此出現(xiàn)了許多專門控制大時滯過程的各種特殊控制器，但它們均還存在一些問題。基于Smith預(yù)估的控制或內(nèi)模控制需要知道負荷對象的精確模型；采樣控制實際上是一種特殊的PID控制，還存在PID控制缺點；預(yù)測控制的方法需要求解復(fù)雜的Diophantine方程，計算量很大，且僅適用于線性或特殊的弱非線性對象；模糊控制和專家控制都過度依賴于模糊規(guī)則表或?qū)＜医?jīng)驗，存在穩(wěn)態(tài)誤差、自適應(yīng)能力差，缺乏對大時滯系統(tǒng)的控制能力；PID控制與其它控制結(jié)合的集成控制方法實質(zhì)上還是特殊的PID控制，僅適合于弱非線性對象；灰色系統(tǒng)模型具有原理簡單、需要樣本少、計算方便等特點，灰色PID控制是在傳統(tǒng)PID控制中加入灰色模型預(yù)測的控制方法，它利用灰色模型的超前預(yù)測功能對提前預(yù)測出系統(tǒng)變化的趨勢，并采取PID控制措施，可在一定范圍內(nèi)克服系統(tǒng)時滯的影響，但還存在PID控制的缺點；自抗擾控制器（ADRC）是將現(xiàn)代控制理論對控制系統(tǒng)的新認識和現(xiàn)代信息處理技術(shù)相結(jié)合，汲取經(jīng)典PID的思想精華，改進其“簡單處理”的缺陷，構(gòu)造出來的一種新型實用的非線性魯棒控制器。自抗擾控制器對非線性、大慣性、不確定性、強干擾、大時滯、強耦合等復(fù)雜系統(tǒng)都具有較好的控制品質(zhì)。它具有算法簡單、超調(diào)小、收斂快、精度高、抗干擾強、適應(yīng)性好、魯棒性強等特點，但對于時滯變化的系統(tǒng)，ADRC方法難以得到很好的應(yīng)用效果。由于這些控制器均存在各自的缺陷，因此，在實際中還難以有效地應(yīng)用。另外，工業(yè)過程不可避免的存在系統(tǒng)時變的問題，這更加大了大時滯系統(tǒng)的控制難度。因此，對具有時變和大時滯的特性對象的控制研究具有重要的理論意義和實際意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是針對大時滯系統(tǒng)的控制難度高的問題，提出了一種大時滯系統(tǒng)的灰色自抗擾控制方法,把灰色預(yù)測模型與自抗擾控制結(jié)合起來，實現(xiàn)復(fù)雜對象進行控制，實驗結(jié)果證明了這種負荷控制方法的可行性和有效性，實現(xiàn)了大時滯系統(tǒng)的灰色自抗擾控制。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種大時滯系統(tǒng)的灰色自抗擾控制方法，在大時滯系統(tǒng)的自抗擾控制的反饋回路中添加一個灰色預(yù)測模型GM(1,1)，用灰色超前預(yù)測補償系統(tǒng)時滯，形成新的控制規(guī)律作用在被控對象上，方法包括如下具體步驟：

Ａ：自抗擾控制器為由非線性跟蹤微分器TD、擴張狀態(tài)觀測器ESO和非線性狀態(tài)誤差反饋控制律NLSEF組成非線性魯棒控制器；建立GM(1,1)預(yù)測模型為????????????????????????????????????????????????，，式中：m為建模維數(shù)；M為預(yù)測步數(shù)；a、u分別為發(fā)展系數(shù)、灰色作用量。利用GM(1,1)預(yù)測模型可以預(yù)測y(k+M)的值，只要改變預(yù)測步數(shù)M的值，就可實現(xiàn)M步的提前預(yù)測；

B：給定自抗擾控制器ADRC以及灰色預(yù)測模塊GM(1,1)各參數(shù)的初值，采用GA或PSO智能優(yōu)化算法進行優(yōu)化處理；

C：對系統(tǒng)輸出進行采樣獲得系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)建立GM(1,1)預(yù)測模型；

D：用灰色預(yù)測模型GM(1,1)預(yù)測系統(tǒng)輸出作為反饋值反饋到輸入端；

E：利用輸入值與灰色預(yù)測反饋值獲得系統(tǒng)偏差輸入到自抗擾控制器ADRC；

F：跟蹤微分器TD為偏差信號安排一個過渡過程，以得到光滑的輸入信號v₁，并提取其微分信號v₂；