[發明專利]改進的一階線性自抗擾控制系統及其參數整定方法

在審

• 申請號: 202110895922.3
• 申請日: 2021-08-05
• 公開（公告）號: CN113467340A
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 呂品;訾虎;王中勝;武偉;萬暉;孫明;闞健;李程旭
• 申請（專利權）人: 北京品德技術有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮

本發明提供一種改進的一階線性自抗擾控制系統及其參數整定方法，該控制系統對于欠阻尼二階控制對象的控制效果遠好于現有一階線性自抗擾控制系統，接近二階線性自抗擾控制系統，本發明的控制系統結構相較二階線性自抗擾控制系統更簡單，涉及需要整定的參數數量更少。本發明的參數整定方法具有明確的調試規律和物理意義，更能滿足現場控制工程師的調試習慣，避免了通過經驗整定公式帶來的參數意義和調試過程不明確的問題。

技術領域：

本發明屬于自動化技術領域，具體涉及一種改進的一階線性自抗擾控制器及其參數整定方法。

背景技術：

自抗擾控制技術(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)是由韓京清研究員對經典控制論與現代控制論兩方面進行不斷的探索深思，運用特殊非線性的作用，提出的新型控制技術，詳見參考文獻[1]。對于非線性系統(參數時變、強耦合、擾動不確定)有很好的控制效果，但由于自抗擾控制器的結構復雜，且需要整定參數多，難度大等問題，高志強教授提出了線性自抗擾控制器(LADRC)簡化了控制器的結構，需要調節的參數減少，將調節參數與控制器和觀測器的帶寬聯系在一起，使物理意義更加明確，對非線性和線性系統都有很好的控制效果。

目前廣泛使用的是低階線性自抗擾控制器，通常是一階LADRC和二階LADRC。由于一階LADRC比二階LADRC使用更簡單，調節參數更少，使用一階LADRC又比二階LADRC更廣泛，但一階LADRC對二階欠阻尼對象控制不好，可以通過根軌跡圖判別。從根軌跡圖2和圖3可以看出，無論如何變化，閉環極點要比開環極點離虛軸更近，說明閉環特性比開環特性慢，大多數情況下超調也大，說明閉環達不到理想響應。這就是一階LADRC的致命缺點，對二階欠阻尼對象控制不好。所以有必要對一階LADRC改進，以適應不同對象。

發明內容：

為解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種改進的一階線性自抗擾控制系統，本發明的另一目的是提供一種改進的一階線性自抗擾控制系統的參數整定方法；

本發明的技術方案如下：

一種改進的一階線性自抗擾控制系統，包括被控對象和自抗擾控制器，所述自抗擾控制器包括擴張狀態觀測器和線性誤差反饋控制律，

擴張狀態觀測器的輸出為z_i，i＝1，2；

設定值v₀與擴張狀態觀測器的輸出z₁做減法比較后作為所述線性誤差反饋控制律的輸入；

線性誤差反饋控制律的輸出u₀與擴張狀態觀測器的輸出z₂，做減法比較后經1/b₀倍增益，得到中間控制量該中間控制量分兩路，一路經b₀×G₁倍增益作為所述擴張狀態觀測器的第一輸入信號；另一路經k_b倍增益后作為被控對象的輸入u；被控對象的輸出y作為所述擴張狀態觀測器的第二輸入信號；

其中，b₀為控制量增益的粗調補償因子；G₁為補償參考模型；k_b為控制量增益的細調補償因子。

優選地，所述被控對象為二階欠阻尼延遲的線性對象，表達式為：

其中，ξ＜1

設則

式中，y為被控對象的輸出；u為被控對象的輸入；T為被控對象的慣性時間常數，ξ為被控對象的阻尼系數，ξ1為欠阻尼，K為被控對象的穩態增益，ω_n為被控對象的振蕩頻率，τ為被控對象的延遲時間，b為被控對象的控制量增益；b₀為控制量增益的粗調補償因子；為中間控制量，是修正后的對象傳遞函數。