[發(fā)明專利]基于參考模型和擾動(dòng)觀測(cè)的二階系統(tǒng)控制器及控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910506612.0
• 申請(qǐng)日: 2019-06-12
• 公開（公告）號(hào): CN110209055B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周濤;吳雄林;李夢(mèng)楊;王賢立;李玲;門三義
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 洛陽師范學(xué)院
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 洛陽公信知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 41120
• 代理人: 宋晨煒

基于參考模型和擾動(dòng)觀測(cè)的二階系統(tǒng)控制器，包括：理想?yún)⒖寄Ｐ涂刂茊卧糜诮邮赵O(shè)定輸入量和參考輸出量，并且輸出理想控制輸入量；二階理想?yún)⒖寄Ｐ蛦卧糜诮邮绽硐肟刂戚斎肓坎⑤敵鰠⒖驾敵隽浚覍⒖驾敵隽總鬏斀o理想?yún)⒖寄Ｐ涂刂茊卧徽`差單元，用于接收參考輸出量和來自于二階實(shí)際被控對(duì)象的實(shí)際輸出量，并且輸出誤差量；擾動(dòng)觀測(cè)單元，用于接收誤差量并且輸出擾動(dòng)觀測(cè)量；實(shí)際系統(tǒng)控制單元，用于接收理想控制輸入量和擾動(dòng)觀測(cè)量，并且輸出實(shí)際控制輸入量給二階實(shí)際被控對(duì)象。本發(fā)明提供一種基于參考模型和擾動(dòng)觀測(cè)的二階系統(tǒng)控制器及控制方法，調(diào)整參數(shù)少，抗擾性能好，魯棒性強(qiáng)，擾動(dòng)估計(jì)的精度和控制效率更高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是基于參考模型和擾動(dòng)觀測(cè)的二階系統(tǒng)控制器及控制方法。

背景技術(shù)

許多機(jī)電系統(tǒng)、例如機(jī)器人、光電穩(wěn)定平臺(tái)、雷達(dá)伺服系統(tǒng)等都可以簡(jiǎn)化為一個(gè)二階系統(tǒng)，但是由于機(jī)電系統(tǒng)的實(shí)際建模通常存在一些誤差，主要包括模型參數(shù)時(shí)變和誤差，系統(tǒng)的未建模動(dòng)態(tài)以及外部擾動(dòng)，這些擾動(dòng)會(huì)影響系統(tǒng)的實(shí)際輸出，從而造成控制系統(tǒng)性能下降，甚至造成系統(tǒng)發(fā)散。目前，在各種工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合，絕大多數(shù)是采用傳統(tǒng)的PID控制，它對(duì)存在較大擾動(dòng)的對(duì)象控制效果較差。在一些高精度和快速響應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域，PID無法滿足高性能控制系統(tǒng)指標(biāo)的要求。例如：機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、光刻機(jī)等。

因此，如何消除被控對(duì)象各種擾動(dòng)的影響，成為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)者需要解決的首要問題。其中，應(yīng)用擾動(dòng)觀測(cè)器補(bǔ)償是一種重要的方法，通過擾動(dòng)觀測(cè)器實(shí)時(shí)估計(jì)系統(tǒng)的擾動(dòng)量，然后在控制律中進(jìn)行補(bǔ)償。在這種方法中，提高擾動(dòng)觀測(cè)器的估計(jì)精度至關(guān)重要。在20世紀(jì)90年代初，韓京清教授提出了自抗擾控制技術(shù)，近30年來，其工程應(yīng)用和理論研究不斷發(fā)展。自抗擾控制具有抗擾性能好、魯棒性強(qiáng)、精度高等優(yōu)點(diǎn)，目前，已應(yīng)用于電機(jī)控制、火力發(fā)電、化工石化、航空航天等控制領(lǐng)域，取得了較好的控制效果，有較高工程應(yīng)用價(jià)值。高志強(qiáng)教授將線性自抗擾控制(LADRC)的主要參數(shù)分別對(duì)應(yīng)為控制器帶寬、觀測(cè)器帶寬，減少了整定參數(shù)的數(shù)量。由于線性自抗擾控制參數(shù)調(diào)整比較方便，在越來越多的工程控制場(chǎng)合得到應(yīng)用。在一些控制場(chǎng)合，自抗擾控制代替了傳統(tǒng)的PID控制，但是LADRC的精度還是較低，并且控制輸入量較大。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種基于參考模型和擾動(dòng)觀測(cè)的二階系統(tǒng)控制器及控制方法，調(diào)整參數(shù)少，抗擾性能好，魯棒性強(qiáng)，擾動(dòng)估計(jì)的精度和控制效率更高。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的具體方案為：基于參考模型和擾動(dòng)觀測(cè)的二階系統(tǒng)控制器，包括：理想?yún)⒖寄Ｐ涂刂茊卧糜诮邮赵O(shè)定輸入量和參考輸出量，并且輸出理想控制輸入量；二階理想?yún)⒖寄Ｐ蛦卧糜诮邮绽硐肟刂戚斎肓坎⑤敵鰠⒖驾敵隽浚覍⒖驾敵隽總鬏斀o理想?yún)⒖寄Ｐ涂刂茊卧徽`差單元，用于接收參考輸出量和來自于二階實(shí)際被控對(duì)象的實(shí)際輸出量，并且輸出誤差量；擾動(dòng)觀測(cè)單元，用于接收誤差量并且輸出擾動(dòng)觀測(cè)量；實(shí)際系統(tǒng)控制單元，用于接收理想控制輸入量和擾動(dòng)觀測(cè)量，并且輸出實(shí)際控制輸入量給二階實(shí)際被控對(duì)象。

基于參考模型和擾動(dòng)觀測(cè)的二階系統(tǒng)控制器的控制方法，包括如下步驟：

S1、向理想?yún)⒖寄Ｐ涂刂茊卧斎朐O(shè)定輸入量和參考輸出量，理想?yún)⒖寄Ｐ涂刂茊卧敵隼硐肟刂戚斎肓浚?/p>

S2、二階理想?yún)⒖寄Ｐ蛦卧邮绽硐肟刂戚斎肓浚⑶逸敵鰠⒖驾敵隽浚缓髮⒖驾敵隽總鬏斀o理想?yún)⒖寄Ｐ涂刂茊卧?/p>

S3、誤差單元接收參考輸出量和來自于二階實(shí)際被控對(duì)象的實(shí)際輸出量，并且輸出誤差量；

S4、擾動(dòng)觀測(cè)單元接收誤差量，并且輸出擾動(dòng)觀測(cè)量；

S5、實(shí)際系統(tǒng)控制單元接收理想控制輸入量和擾動(dòng)觀測(cè)量，并且輸出實(shí)際控制輸入量；

S6、二階實(shí)際被控對(duì)象接收實(shí)際控制輸入量，做出響應(yīng)并且輸出實(shí)際輸出量。