[發明專利]一種鎮定一階慣性加純滯后系統的線性自抗擾控制器設計方法

有效

• 申請號: 201710479107.2
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107102555B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 李大字;于文龍;徐佳;靳其兵
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

1.一種鎮定一階慣性加純滯后系統的線性自抗擾控制器設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、辨識出被控對象的一階慣性加純滯后模型；

步驟2、將辨識出的模型參數輸送到一階線性自抗擾控制器參數計算單元，由一階線性自抗擾控制器的穩定集合求解算法給出能夠保證一階慣性加純滯后系統穩定的控制器穩定集合；

步驟3、根據需要在控制器的穩定集合中選取控制參數，并執行一階線性自抗擾控制過程；

步驟2具體包括：

步驟(2.1)、建立具有一階線性自抗擾控制器和一階慣性加純滯后環節構成的閉環控制系統，系統輸入與H(s)串聯得到的輸出結合反饋信號作為G_c(s)與G_p(s)串聯結構的輸入，G_c(s)與G_p(s)串聯結構的輸出為系統的輸出，其中，G_p(s)為被控對象的模型，H(s)和G_c(s)為具有以下形式的一階線性自抗擾控制器：

其中，ω_c和ω_o分別為控制器帶寬和觀測器帶寬，b₀是系統增益b的估計；

步驟(2.2)確定系統的閉環特征方程δ(s)為：

δ(s)＝1+G_c(s)G_p(s)＝1+G_c(s)G₀(s)e^-τs (2)

其中，G₀(s)為不含時滯的一階慣性環節；

步驟(2.3)令L(s)＝G_c(s)G₀(s)，將δ(s)寫成雙軌跡的形式：

其中，ω_o＝k*ω_c，k為觀測器帶寬與控制器帶寬比；

步驟(2.4)確定ω_c的最大可允許穩定范圍：對于給定的k，給出滿足下式的ω_c即為ω_c的最大可允許穩定范圍，

其中：

其中：

其中：

步驟(2.5)確定ω_o的最大可允許穩定范圍

其中，為步驟(2.4)中求得ω_c的最大可允許穩定范圍；

步驟(2.6)確定(ω_c,ω_o)的二維穩定域為：

其中，為步驟(2.5)中求得ω_o的最大可允許穩定范圍；

步驟(2.7)設觀測器帶寬與控制器帶寬比k的可調節范圍為(k_min,k_max)，那么通過在區間(k_min,k_max)內遍歷所有k并重復步驟(2.4)到步驟(2.6)即可獲得能使閉環系統穩定的所有一階線性自抗擾控制器集合。

2.如權利要求1所述的鎮定一階慣性加純滯后系統的線性自抗擾控制器設計方法，其特征在于，步驟1為：先利用工控系統對被控過程進行辨識，給出具有如下形式的一階慣性加純滯后模型G_p(s)：

其中，b為系統增益、T為時間常數、τ為滯后時間。

3.如權利要求1所述的鎮定一階慣性加純滯后系統的線性自抗擾控制器設計方法，其特征在于，步驟3具體為：根據步驟(2.1)到步驟(2.7)計算出的一階線性自抗擾控制器的穩定集合，根據需要在控制器的穩定集合中選取控制參數，然后由工控系統控制模塊執行事先編制好的一階線性自抗擾控制程序，獲得控制量。