[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

本發明提出一種對一類高階系統的改進自抗擾控制方法，屬于自動控制技術領域。該方法將實際被控對象采用一階慣性環節串聯的高階系統進行描述；通過補償算法對高階系統上一個計算步序的輸入值進行補償，得到當前計算步序的補償值；將高階系統當前計算步序的輸出值和當前計算步序的補償值進行ESO計算，得到高階系統下一個計算步序的輸出值的跟蹤值和輸出值的一階導數的跟蹤值，進而得到高階系統下兩個計算步序的輸入值，同時高階系統根據計算結果實時調整執行機構的變化量。該方法還能應用于對一類高階系統的改進二階自抗擾控制方法的實施。本發明能夠更好地兼顧閉環系統的跟蹤能力與抗干擾能力，具有很好的控制品質。

技術領域

本發明屬于自動控制技術領域，特別涉及一種對一類高階系統的改進自抗擾控制方法。

背景技術

目前包括化工過程、熱工過程等工業過程控制中的控制策略仍以比例-積分控制(Proportional-Integral Controller,PI)和比例-積分-微分控制(Proportional–Integral–Derivative,PID)為主，這主要由于PI/PID具有簡單易實現、參數整定方法多等特點。然而隨著對工業生產過程中經濟性和控制品質的要求越來越高，使得PI/PID很難滿足目前的控制要求。自抗擾控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)技術是中科院韓京清研究員提出的一種控制方法。目前ADRC在在磨煤機出口風溫控制、爐膛負壓控制等實際現場中得到成功應用，這為ADRC在工業控制中的廣泛應用奠定了很好的基礎。

熱工過程中如過熱汽溫系統、主蒸汽壓力系統等具有表達式如的典型由一階慣性環節串聯的高階系統，上式中s、k、T和n分別為微分算子、高階系統的增益系數、時間常數和階次，且n≥3，Y(s)、U(s)分別為高階系統的輸出和輸入。以主蒸汽壓力系統為例的高階系統，上式中各參數的含義為：輸出Y(s)是主蒸汽壓力系統的壓力輸出值，輸入U(s)是機組給煤的量，增益系數k是指高階系統對輸入值的放大倍數，輸入值為1噸煤對應主蒸汽壓力變化量，時間常數T是指系統響應達到穩態值的63.2％時所需要的時間。

對于上述高階系統，標準一階ADRC方法的實現流程如圖1所示，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；式中增益系數、時間常數根據不同被控的實際工業對象確定，典型的如火電機組的主蒸汽壓力回路，其增益系數一般在0.01～0.1的范圍內，時間常數一般30～50范圍內；

2)設高階系統當前計算步序的輸入值和輸出值分別為u(Γ)和y(Γ)，在實際應用中采用歐拉法離散，獲得可數字實現的ADRC，離散化過程中采用的歐拉離散算法如下：

其中Γ表示計算步序，h代表采樣步長，代表變量x的一階導數；

將高階系統上一計算步序的輸出值y(Γ-1)和高階系統上一計算步序的輸入值u(Γ-1)共同采用擴張狀態觀測方法(Extended State Observer,ESO)進行實時計算，得到高階系統當前計算步序輸出值y(Γ)的跟蹤值z₁(Γ)和輸出值y(Γ)的一階導數的跟蹤值z₂(Γ)，其中z₂(Γ)為高階系統所受總擾動當前計算步序的觀測值；

z₁(Γ)和z₂(Γ)的計算表達式如下：

其中，β₁、β₂和b₀為計算系數，Γ表示計算步序，h代表采樣步長；