[發明專利]一種基于迭代反饋整定的UDE控制系統設計方法

有效

• 申請號: 201711213802.0
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN108132599B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 張怡;沈炯;孫立
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

1.一種基于迭代反饋整定的UDE控制系統設計方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)將UDE控制系統各傳遞函數歸一化，綜合考慮閉環帶寬和擾動階躍變化時的積分絕對誤差值最小目標確定濾波器參數；

(2)擬合出系統魯棒指標M_st與控制器歸一化參數χ和歸一化時間滯后的經驗公式；

(3)對獨立UDE控制結構，做3個IFT迭代實驗，根據實驗記錄的相關信號，利用IFT算法優化對象名義模型，更新參數向量，直至參數向量不再明顯地變化，則算法停止，否則繼續步驟(3)；

(4)根據優化得到的對象名義模型，選擇參考模型參數，再根據經驗公式結合給定魯棒指標M_st計算得到控制器參數，完成UDE控制系統的設計。

2.如權利要求1所述的基于迭代反饋整定的UDE控制系統設計方法，其特征在于，步驟(1)中，采用系統在單位設定值階躍下的積分絕對誤差值IAE_sp和系統在單位輸入階躍擾動下的積分絕對誤差值IAE_ld分別作為系統的設定值跟蹤性能指標和擾動抑制性能指標，積分絕對誤差定義為：首先進行傳遞函數的歸一化，令s'＝τs，T_f＝λτ，其中T_f是濾波器系數，K_e是誤差反饋增益,是歸一化時間滯后，被控對象名義模型為名義情況下，系統輸出為c為期望輸出，T_m為參考模型跟蹤時間常數，設定值跟蹤性能指標IAE_sp/τ只與有關，擾動抑制性能指標值IAE_ld/k/τ與χ、λ、有關。

3.如權利要求2所述的基于迭代反饋整定的UDE控制系統設計方法，其特征在于，綜合考慮閉環帶寬和擾動階躍變化時的積分絕對誤差值最小目標，選擇濾波器歸一化參數λ為1；兼顧魯棒性和輸出性能考慮，選擇T_m＝τ。

4.如權利要求1所述的基于迭代反饋整定的UDE控制系統設計方法，其特征在于，步驟(2)中，系統魯棒指標M_st與控制器歸一化參數χ和歸一化時間滯后的經驗公式推導過程具體步驟如下：系統靈敏度函數S(s)，補充靈敏度函數T(s)分別為

選取魯棒指標為系統的魯棒性只由λ,χ決定；選定λ＝1后系統M_st只與控制器歸一化參數χ和歸一化時間滯后相關；通過改變χ和計算對應的M_st值，再利用曲線擬合技術，得到系統魯棒指標M_st與參數χ和的關系式。

5.如權利要求4所述基于迭代反饋整定的UDE控制系統設計方法，其特征在于，控制器歸一化參數χ與魯棒指標M_st和歸一化時間滯后的關系式為：

其中，

6.如權利要求1所述的基于迭代反饋整定的UDE控制系統設計方法，其特征在于，步驟(3)中，利用IFT算法優化對象名義模型具體步驟如下：

(31)設定初始參數向量ρ₀＝[k₀ T₀ τ₀]^T，綜合考慮閉環帶寬和擾動階躍變化時的積分絕對誤差值最小目標，選擇合適的濾波器參數λ；

(32)對獨立UDE控制結構，做三次IFT實驗，分別記錄三次實驗的輸出量信號和控制量信號(y_i1,u_i1)，(y_i2,u_i2)，(y_i3,u_i3)；

(33)計算和以及

其中為濾波器傳遞函數，為對象名義模型中非延遲部分，y_r為期望輸出；

(34)計算R_i；

根據隨機優化算法，參數更新規則如下：

其中控制目標函數梯度可由梯度的無偏估計代替，子下標i表示迭代次數，γ_i是迭代步長；

(35)如果參數向量不再明顯地變化，則算法停止，否則回到步驟(32)。

7.如權利要求1所述的基于迭代反饋整定的UDE控制系統設計方法，其特征在于，步驟(3)中，3個IFT迭代實驗具體實現步驟如下：

(a)確定輸入信號r_i1'，作為UDE的輸入，收集輸入信號u_i1和輸出信號y_i1；

(b)使用y_i1作為UDE的輸入，即r_i2'＝y_i1，收集本次實驗輸入信號u_i2和輸出信號y_i2；

(c)使用u_i1作為輸入，即r_i3'＝u_i1，收集本次實驗輸入信號u_i3和輸出信號y_i3。