[發明專利]一種對一類高階系統的改進自抗擾控制方法

有效

• 申請號: 201810041569.0
• 申請日: 2018-01-16
• 公開（公告）號: CN108287466B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 孫立明;吳振龍;李東海;薛亞麗
• 申請（專利權）人: 匙慧（北京）科技有限公司;清華大學
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

1.一種對一類高階系統的改進自抗擾控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)將被控的實際工業對象采用由一階慣性環節串聯的高階系統進行描述，數學表達式如下：

其中,高階系統的輸出Y(s)和輸入U(s)在每個計算步序中分別用y(Γ)和u(Γ)表示，Γ表示計算步序，s、k、T和n分別為微分算子、辨識的高階系統的增益系數、時間常數和階次，且n≥3；

2)對步驟1)選定的高階系統的上一個計算步序的輸入值u(Γ-1)通過補償算法進行補償，得到當前計算步序的補償值u_cp(Γ)；補償算法數學表達式如下：

其中，補償算法的輸出U_cp(s)和輸入U(s)在每個計算步序中分別用u_cp(Γ)和u(Γ-1)表示，T₁、m分別為補償算法的時間常數和階次；補償算法的輸入為上一個計算步序的高階系統輸入值u(Γ-1)，輸出為當前步序的補償值u_cp(Γ)；T₁∈[0.5T,1.5T]，m≤n；

3)將高階系統當前計算步序的輸出值y(Γ)和通過補償算法得到的當前計算步序的補償值u_cp(Γ)共同采用擴張狀態觀測方法ESO進行實時估計和補償計算，得到高階系統下一個計算步序的輸出值y(Γ+1)的跟蹤值z₁(Γ+1)和輸出值y(Γ+1)的一階導數的跟蹤值z₂(Γ+1)，其中z₂(Γ+1)為高階系統所受總擾動下一個計算步序的觀測值；

z₁(Γ+1)和z₂(Γ+1)的計算表達式如下：

其中，β₁、β₂和b₀為計算系數，h代表采樣步長；

4)將下一個計算步序的輸入設定值r(Γ+1)與高階系統下一個計算步序輸出值y(Γ+1)的跟蹤值z₁(Γ+1)的差值放大k_p倍后減去總擾動的觀測值z₂(Γ+1)，得到的結果再放大倍后作為下兩個計算步序的高階系統的輸入值u(Γ+2)；

下兩個計算步序的高階系統的輸入值u(Γ+2)的數學表達式如下：

其中，k_p為計算系數；

5)將高階系統的下一個計算步序的輸入值更新為u(Γ+2)，高階系統根據u(Γ+2)實時調整執行機構的變化量。

2.一種對一類高階系統的改進二階自抗擾控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)將被控的實際工業對象采用由一階慣性環節串聯的高階系統進行描述，數學表達式如下：

其中，高階系統的輸出Y(s)和輸入U(s)在每個計算步序中分別用y(Γ)和u(Γ)表示，Γ表示計算步序，s、k、T和n分別為微分算子、辨識的高階系統的增益系數、時間常數和階次，且n≥3；

2)對步驟1)選定的高階系統的上一個計算步序的輸入值u(Γ-1)通過補償算法進行補償，得到當前計算步序的補償值u_cp(Γ)；補償算法的數學表達式如下：

其中，補償算法的輸出U_cp(s)和輸入U(s)在每個計算步序中分別為u_cp(Γ)和u(Γ-1)，s、T₁、m分別為補償算法的時間常數和階次；補償算法的輸入為上一個計算步序的高階系統輸入值u(Γ-1)，輸出為當前計算步序的補償值u_cp(Γ)；T₁∈[0.5T,1.5T]，m≤n；

3)將高階系統當前計算步序的輸出值y(Γ)和通過補償算法得到的當前計算步序的補償值u_cp(Γ)共同采用擴張狀態觀測方法ESO進行實時估計和補償計算，得到高階系統下一個計算步序輸出值y(Γ+1)的跟蹤值z₁(Γ+1)、輸出值y(Γ+1)的一階導數的跟蹤值z₂(Γ+1)和輸出值y(Γ+1)的二階導數的跟蹤值z₃(Γ+1)，其中z₃(Γ+1)為高階系統所受總擾動下一個計算步序的觀測值；

z₁(Γ+1)、z₂(Γ+1)和z₃(Γ+1)的計算表達式如下：

其中，β₁、β₂和b₀為計算系數，h代表采樣步長；

4)將下一個計算步序的輸入設定值r(Γ+1)與高階系統下一個計算步序y(Γ+1)的跟蹤值z₁(Γ+1)的差值放大k_p倍后減去輸出值y(Γ+1)的一階導數的跟蹤值z₂(Γ+1)的k_d倍和系統總擾動的觀測值z₃(Γ+1)，得到的結果再放大倍后作為下兩個計算步序的高階系統的輸入值u(Γ+2)；

下兩個計算步序的高階系統的輸入值u(Γ+2)的數學表達式如下：

其中，k_p、k_d為計算系數；

5)將高階系統的下一個計算步序輸入值更新為u(Γ+2)，高階系統根據u(Γ+2)調整執行機構的變化量。