[發明專利]用于pH中和過程的自抗擾控制參數整定方法

在審

• 申請號: 201811626458.2
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109634123A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 童不凡;王家棟;金曉明;阮驍駿;古勇
• 申請（專利權）人: 浙江中控軟件技術有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 杭州華鼎知識產權代理事務所(普通合伙) 33217
• 代理人: 項軍

1.用于pH中和過程的自抗擾控制參數整定方法，其特征在于，所述參數整定方法，包括：

建立初始自抗擾控制器結構，得到與初始自抗擾控制器結構對應的閉環傳遞函數表達式，基于閉環系統快速收斂條件對閉環傳遞函數表達式進行形式變換，確定待整定參數；

在確保自抗擾控制器對應控制系統的響應速度和穩定性的基礎上，逐個對待整定參數進行整定處理，確定自抗擾控制器中每個待整定參數的計算方式；

基于電荷及碳化物離子平衡原理建立pH中和模型，結合以確定的自抗擾控制器中每個待整定參數的計算方式對pH中和過程自抗擾控制器的參數進行調整；

其中，所述待整定參數包括增益值、控制帶寬和觀測帶寬。

2.根據權利要求1所述的用于pH中和過程的自抗擾控制參數整定方法，其特征在于，所述建立初始自抗擾控制器結構，得到與初始自抗擾控制器結構對應的閉環傳遞函數表達式，基于閉環系統快速收斂條件對閉環傳遞函數表達式進行形式變換，確定待整定參數包括：

建立包括跟蹤微分器和擴張狀態觀測器的自抗擾控制器結構，基于自抗擾控制器結構中的控制量和輸出量確定擴展狀態觀測器的初始函數表達式；

基于自抗擾控制器的工作原理對擴張狀態觀測器的初始函數表達式進行推導，得到擴張狀態觀測器更新表達式；

根據自抗擾控制器結構確定閉環函數表達式，在閉環系統快速收斂條件下對閉環函數表達式進行改寫后，得到待整定參數。

3.根據權利要求2所述的用于pH中和過程的自抗擾控制參數整定方法，其特征在于，所述建立包括跟蹤微分器和擴張狀態觀測器的自抗擾控制器結構模型，基于自抗擾控制器結構中的控制量和輸出量確定擴張狀態觀測器的函數表達式，包括：

擴張狀態觀測器的函數表達式如公式(1.1)所示

式中，β₁、β₂和β₃表示擴張狀態觀測器中的觀測器參數，z₁,z₂,z₃為擴張狀態觀測器的狀態量，u為系統控制信號和系統的輸出y，b₀為增益值。

4.根據權利要求2所述的用于pH中和過程的自抗擾控制參數整定方法，其特征在于，所述基于自抗擾控制器的工作原理對擴張狀態觀測器的初始函數表達式進行推導，得到擴張狀態觀測器更新表達式，包括：

基于公式(1.1)對應的擴張狀態檢測器，當自抗擾控制器結構模型對應的控制系統中被控對象為一階純滯后模型時，定義為系統受到的總擾動的f、增益值b₀的表達式分別為公式(1.2)、公式(1.3)所示

根據公式(1.2)和(1.3)得到

將公式(1.4)改寫為公式(1.5)所示的狀態空間表達式形式

在公式(1.5)基礎上引入u₀＝f+b₀u得到如公式(1.6)所示的擴展狀態方程

確定自抗擾控制器的控制率表達式

u₀＝k_p(r-z₁)-k_dz₂ 公式(1.7)

u＝(u₀-z₃)/b₀ 公式(1.8)

當擴展狀態觀測器被正確整定時，將公式(1.7)和(1.8)代入公式(1.4)中，得到

將公式(1.9)代入(1.7)可以求得系統的期望閉環動態特征方程，對閉環動態特征方程進行Laplace變換可以得到系統預期方程的傳遞函數表達式

基于初始自抗擾控制器結構模型，得到擴展狀態觀測器方程

令公式(1.6)與公式(1.11)作差，得到誤差方程表達式

其中，L是觀測器的增益向量，

得到系統的特征方程：

根據特征方程調節觀測器的三個參數，就可以設計出相對應的自抗擾控制器擴展狀態觀測器。