[發明專利]一種適用于非最小相位系統的干擾觀測器設計方法

在審

• 申請號: 201811544154.1
• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN109407515A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 劉瑞娟;聶卓赟;朱超;鐘琪
• 申請（專利權）人: 廈門理工學院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 廈門市精誠新創知識產權代理有限公司 35218
• 代理人: 何家富

本發明涉及抗擾控制技術領域，提出了一種適用于非最小相位系統的干擾觀測器設計方法，該方法中首以閉環參考模型H_R(s)為設計基準，通過設計被控對象G(s)的串聯補償器K(s)，實現低頻段的模型匹配進一步，分析濾波器Q(s)的參數穩定條件和穩定范圍；通過等效擾動估計和反饋補償的方式，實現對參考模型的跟蹤控制。旨在于解決干擾觀測器在非最小相位系統中設計問題，并減小對系統模型的依賴，簡化控制結構。

技術領域

本發明涉及抗擾控制技術領域，尤其涉及一種適用于非最小相位系統的干擾觀測器設計方法。

背景技術

抗擾控制一直是控制領域的主要問題之一。干擾觀測器(DOB)在運動控制系統中應用非常廣泛，是一種典型的抗擾控制設計方法，但是現有的干擾觀測器主要適用于最小相位系統，對于非最小相位系統則難以直接應用。可見，常規干擾觀測器的方法存在一定的局限性。基于干擾觀測器的控制系統設計可以分兩步：

1.對標稱模型(nominal model)(即用來進行設計的模型)求逆，并結合濾波器實現對系統的擾動估計和標稱模型性能恢復；

2.針對標稱模型設計反饋控制器。此時，如果標稱模型存在右半平面不穩定的零點時(即為非最小相位系統時)，在模型求逆過程中將引入不穩定的極點，引起系統不穩定。

當前，針對非最小相位系統，干擾觀測器的改進設計只適用于特定對象，例如僅包含一個非最小相位零點。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出了一種適用于非最小相位系統的干擾觀測器設計方法，旨在將干擾觀測器應用到非最小相位系統中，并且能減小對系統模型的依賴，同時簡化干擾觀測器系統的控制結構，提高系統的魯棒性能。

具體方案如下：

一種適用于非最小相位系統的干擾觀測器設計方法，以單輸入單輸出非最小相位系統G(s)為被控對象，以閉環參考模型H_R(s)為設計基準，設計被控對象G(s)的串聯補償器K(s)，以閉環參考模型H_R(s)為標稱模型設計濾波器Q(s,τ)，且將G(s)，K(s)，H_R(s)和Q(s)分別表示為互質多項式的分數形式，則有和包括以下步驟：

S1：確定非最小相位系統G(s)的相對階次，記作r.deg[G]，根據階次條件r.deg[K]+r.deg[G]＝r.deg[H_R]，確定閉環參考模型K(s)和串聯補償器H_R(s)的階次；

S2：根據閉環響應性能要求，設定串聯補償器H_R(s)的參數；

S3：根據穩定性條件，選取串聯補償器K(s)的參數，使得K(s)沒有右半平面的極點或者a_k(s)為赫爾維茨多項式，且λ≈1，其中

S4：根據穩定性條件，設定濾波器Q(s)的參數。

進一步的，步驟S1采用的具體方法為：將被控對象設定為一類具有不確定參數的傳遞函數集合。

進一步的，步驟S2采用的具體方法為：根據閉環系統的穩定性和響應速度要求，設定串聯補償器H_R(s)的參數。

進一步的，步驟S4采用的具體方法為：

設定

其中τ＞0為正整數的時間常數；k和l為非負數階次，且滿足k≤l-r；參數q_i使得分母多項式滿足赫爾維茨條件，且滿足p₀＝q₀；

S41：定義：