[發明專利]一種基于改進型自抗擾的位置角控制器

有效

• 申請號: 201910975713.2
• 申請日: 2019-10-15
• 公開（公告）號: CN110879527B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 劉丙友;羅建;王力超;李興;張崢崢
• 申請（專利權）人: 安徽工程大學
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 王方超

本發明公開了一種基于改進型自抗擾的位置角控制器，包括比例模塊K、跟蹤微分控制器TD、模糊分階次PID、改進型擴張狀態觀測器ESO、被控對象，所述比例模塊K輸出端與跟蹤微分控制器TD的輸入端相聯接，所述跟蹤微分控制器TD的輸出端與所述模糊分階次PID的輸入端相聯接，所述非所述模糊分階次PID的輸出端與所述擴張狀態觀測器ESO的輸入端相聯接，所述模糊分階次PID的輸出端、所述改進型擴張狀態觀測器ESO的輸出端分別與所述被控對象的輸入端相聯接，所述被控對象的輸出端與所述改進型擴張狀態觀測器ESO的輸入端相聯接。本發明基于該新型非線性函數設計的改進型自抗擾控制器具有比傳統的控制器更好的高頻顫振抑制能力、更好的自抗擾能力。

技術領域

本發明涉及一種基于改進型自抗擾的位置角控制器，屬于控制器設計技術領域。

背景技術

傳統的自抗擾控制器盡管顯示了其強大的魯棒性和適應性，但目前仍存在許多不足，如原點附近高頻顫振現象沒有解決、自抗擾的能力不足等缺陷，這些會減低自抗擾控制器的控制性能。

非線性函數是自抗擾控制器的核心部分，因此設計出合理的非線性函數是設計的重要工作，在設計非線性函數時考慮以下因素：(1)在原點附近具有良好的收斂性；(2)原點處連續，且函數值為0.經過大量的實驗、仿真研究，常規的自抗擾控制器采用的是fal(·)函數，其表達式如下：

該非線性函數的特點：α大小影響fal(·)函數的非線性程度，α＝0時，非線性最強；α＝1時線性最強。δ的大小影響fal(·)函數的線性段區間的長度。因此，當輸入為誤差信號時，可以通過調節fal(·)函數的參數，使得反饋環節在誤差較大時，產生較小的反饋增益，在誤差較小時，產生較大的反饋增益，在保證系統的穩定性的同時，使系統快速的達到穩定。

fal(·)函數雖然連續，但不可導(即不光滑)。如果誤差在線性段內變動，則消除了振蕩影響，繞后如果δ取值較小，導數的突變將導致系統性能變壞，并不能避免高頻顫振，甚至產生更大的振蕩。

發明內容

本發明的目的在于，克服現有技術存在的缺陷，解決上述技術問題，提出一種基于改進型自抗擾的位置角控制器，通過改進非線性函數的收斂性、連續性和可導性，從而改進自抗擾控制器的性能。

本發明采用如下技術方案：一種基于改進型自抗擾的位置角控制器，其特征在于，包括比例模塊K、跟蹤微分控制器TD、模糊分階次PID、改進型擴張狀態觀測器ESO、被控對象，所述比例模塊K輸出端與跟蹤微分控制器TD的輸入端相聯接，所述跟蹤微分控制器TD的輸出端與所述模糊分階次PID的輸入端相聯接，所述非所述模糊分階次PID的輸出端與所述擴張狀態觀測器ESO的輸入端相聯接，所述所述模糊分階次PID的輸出端、所述改進型擴張狀態觀測器ESO的輸出端分別與所述被控對象的輸入端相聯接，所述被控對象的輸出端與所述改進型擴張狀態觀測器ESO的輸入端相聯接。

作為一種較佳的實施例，所述比例模塊K的輸入端輸入給定信號a，所述跟蹤微分控制器TD的輸出跟蹤信號Z₁₁與所述改進型擴張狀態觀測器ESO的輸出信號Z₂₂進行比較，得到系統誤差e₁并傳輸給所述模糊分階次PID；所述跟微分控制器TD的輸出跟蹤信號Z₁₂與所述改進型擴張狀態觀測器ESO的輸出信號Z₂₁進行比較，得到系統誤差e并傳輸給所述模糊分階次PID；所述模糊分階次PID的輸出信號a2與所述改進型擴張狀態觀測器ESO的輸出信號Z₂₃除以補償系數b₀的值進行比較獲得輸出信號a3，所述輸出信號a3一方面輸出給被控對象獲得被控對象的信號輸出a5，所述輸出信號a3另一方面乘以補償系數b₀輸出給所述改進型擴張狀態觀測器ESO。

作為一種較佳的實施例，比例模塊K用來提高控制器的響應速度，得到的輸入信號給跟蹤微分控制器TD。