[發明專利]一種基于調度信號的前饋補償自抗擾控制器及其設計方法

在審

• 申請號: 202210551315.X
• 申請日: 2022-05-18
• 公開（公告）號: CN114859732A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 薛亞麗;王佑;李政;葉青;顏綱要;張業才
• 申請（專利權）人: 國能蚌埠發電有限公司;清華大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 張建綱

1.一種基于調度信號的前饋補償自抗擾控制器，其特征在于，包括前饋控制器、反饋控制器、補償模塊、擴張狀態觀測器；

所述前饋控制器為：u_Q(t)＝F1(Q(t))，其中，u_Q(t)為前饋控制量，Q(t)為調度信號，F1(·)為前饋函數；

所述反饋控制器為：其中，u_C(t)為反饋控制器的輸出，r(t)為設定值，z_i(t)(i＝1，2，…，m+1)為所述擴張狀態觀測器的輸出，和b₀(t)為可調參數，且隨調度信號Q(t)變化而變化；

所述補償模塊為：u_TF(t)＝F2(u_C(t)，T_F2(t)，p)，其中，u_TF(t)為補償模塊的輸出，F2(·)為補償函數，u_C(t)為所述反饋控制器的輸出，T_F2(t)和p為可調參數，T_F2(t)隨調度信號Q(t)變化而變化；所述補償模塊的輸出u_TF(t)能夠作為所述擴張狀態觀測器的輸入；

所述反饋控制器的輸出和前饋控制器的輸出構成所述自抗擾控制器的控制律，為：u(t)＝u_Q(t)+u_C(t)，其中，u(t)為控制量。

2.根據權利要求1所述的自抗擾控制器，其特征在于，所述擴張狀態觀測器為：

其中，y(t)為被控量，β_i(t)(i＝1，2，…，m+1)為擴張狀態觀測器的可調參數，隨調度信號Q(t)變化而變化，b₀(t)為所述反饋控制器的可調參數。

3.根據權利要求1所述的自抗擾控制器，其特征在于，所述補償函數的傳遞函數為：

其中，F2(s)為補償函數的傳遞函數，U_TF(s)和U_C(s)分別為所述補償模塊和反饋控制器的輸出u_TF(t)和u_C(t)的拉式變換，p為補償函數的傳遞函數階次，T_F2(t)和p均為可調參數，且所述T_F2(t)數值隨調度信號Q(t)變化而變化。

4.一種如權利要求1至3任一項所述的基于調度信號的前饋補償自抗擾控制器的設計方法，其特征在于，包括：

S1，根據被控過程的變工況特征選取調度信號Q(t)，并根據設計計算或現場實驗獲得調度信號Q(t)與前饋控制量的函數關系；

S2，根據調度信號Q(t)與前饋控制量的函數關系求反函數，得到前饋函數F1(·)；依據前饋函數和調度信號計算得到前饋控制量u_Q(t)＝F1(Q(t))；

S3，獲取被控過程的變工況動態信息；

S4，設計補償模塊及補償函數F2(·)，利用S3中所獲取的變工況動態信息，得到補償模塊的輸出u_TF(t)＝F2(u_C(t)，T_F2(t)，p)，其中，F2(·)為補償函數，u_C(t)為所述反饋控制器的輸出，T_F2(t)和p為可調參數；

S5，設計擴張狀態觀測器，所述補償模塊的輸出能夠作為擴張狀態觀測器輸入，得到所述擴張狀態觀測器的輸出z_i(t)(i＝1，2，…，m+1)；

S6，設計反饋控制器，計算得到反饋控制量u_C(t)：

其中，r(t)為設定值，和b₀(t)為可調參數；

S7，構建所述自抗擾控制器的控制律，通過所述前饋控制量和反饋控制量得到所述自抗擾控制器的控制量：

u(t)＝u_Q(t)+u_C(t)。

5.根據權利要求4所述的設計方法，其特征在于，所述調度信號Q(t)的選取同時滿足以下兩個條件：

(1)能夠表征被控過程的變工況特征；

(2)與所述前饋控制量具有可設計的函數關系。