[發明專利]基于擴張狀態觀測器的空氣容腔壓力快速主動抗擾方法

有效

• 申請號: 202010366983.6
• 申請日: 2020-04-30
• 公開（公告）號: CN111413872B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 白克強;但志宏;張松;錢秋朦;蔣國莉;劉磊;郭明明
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D16/00;G06N3/00
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 陳選中

本發明提供了的一種基于擴張狀態觀測器的空氣容腔壓力快速主動抗擾方法，適用于典型發動機過渡態試驗任務的進排氣壓力控制，該方法的主要步驟包括：構建基于線性自抗擾控制的空氣容腔壓力系統的控制模型，把影響被控量的總擾動(內擾和外擾之和)通過擴張狀態觀測器實時估計出來；通過特殊的狀態反饋機制將原有不確定系統動態改造成理想的積分串聯系統；利用線性自抗擾控制器的天然優勢預測性和抗擾性對擾動進行估計；通過改進的鯨魚算法在收斂速度和全局搜索能力上進行更新，利用控制量將擾動即時消去，達到快速主動抗擾的目的。本發明可為后續航空發動機過渡態試驗環境模擬多變量控制、動態解耦控制等復雜控制技術研究提供技術支撐。

技術領域

本發明屬于涉及電力系統的控制技術領域，尤其涉及一種基于擴張狀態觀測器的空氣容腔壓力快速主動抗擾方法。

背景技術

空氣容腔壓力系統的主動抗擾控制是建立發動機試驗空中工作環境的必要條件，由于發動機過渡態考核試驗具有時間短、擾動沖擊大、擾動源特性模型難以準確獲取等顯著特點，導致現階段控制品質提升瓶頸問題尤為突出。國外學者主要在參數自整定控制技術、增益調度、閥門分級調節、自適應控制、組合控制以及前饋控制等方面進行了工程應用研究，大幅提高了控制系統過渡態調節性能。目前我國學者對空氣容腔壓力系統過渡態控制主要采用了基于模型的前饋+反饋的經典控制模式，并結合模糊控制等方法，使容腔壓力系統在過渡態試驗中的控制品質得到了改善。

在實際過程中，由于環境模擬系統存在大量的“模型不確定性”和“未建模動態”，致使現階段的主動抗擾技術只能完成控制品質的局部優化且通用性不足。另外對于那些難以建模且無法測量，但同時又對被控對象有著顯著影響的擾動環節，基于模型的經典主動抗擾方法將無法發揮作用。上述因素嚴重制約了空氣容腔壓力系統控制品質的有效提升。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供的一種基于擴張狀態觀測器的空氣容腔壓力快速主動抗擾方法，解決了現有控制技術PID在跟蹤系統相位上存在嚴重滯后的問題。

為了達到以上目的，本發明采用的技術方案為：

本方案提供了一種基于擴張狀態觀測器的空氣容腔壓力快速主動抗擾方法，包括以下步驟：

S1、構建基于線性自抗擾控制的空氣容腔壓力系統控制模型，并根據空氣容腔壓力系統控制模型利用線性擴張狀態觀測器實時估計總擾動；

S2、根據所述總擾動，利用擴張狀態反饋機制將原有不確定的系統動態改造成積分串聯系統；

S3、根據所述積分串聯系統利用線性自抗擾控制器對擾動進行估計；

S4、根據估計值利用改進的鯨魚算法進行更新，得到優化結果，實現對空氣容腔壓力的快速主動抗擾。

進一步地，所述S1中空氣容腔壓力系統控制模型的表達式如下：

其中，表示空氣容腔壓力二階導數，表示空氣容腔壓力系統的總擾動，a₁和a₂均表示模型參數，被控壓力的微分，t表示時間常數，y表示被控壓力，w表示外部未知擾動，b表示控制輸入增益，b₀表示控制增益，u表示控制輸入量。

再進一步地，所述S1中線性擴張狀態觀測器建立的表達式如下：

其中，表示被控壓力一階導數，表示壓力二階導數，表示總擾動的導數，z₁、z₂和z₃均表示系統狀態變量，β₁，β₂和β₃均表示觀測器的增益，y表示被控壓力，b₀表示控制增益，u表示控制輸入量。