一种自适应自抗扰控制方法、装置及设备制造方法及图纸

本申请公开了一种自适应自抗扰控制方法，包括：将被控对象的参数改变量输入至控制器增益补偿器以计算获取控制器增益补偿量；并将控制系统的控制器增益初始值与控制器增益补偿量的和作为补偿后的控制器增益；将控制系统的输出信号和总控制量和补偿后的控制器增益输入至扩展状态观测器，并根据扩展状态观测器输出的总扰动估计值、PD控制器输出的PD控制量、以及补偿后的控制器增益计算总控制量，以便利用补偿后的控制器增益对被控对象进行自抗扰控制。本申请根据被控对象的参数改变量对控制器增益进行了补偿，有效改善了控制性能，扩展了适用范围。本申请还公开了一种自适应自抗扰控制装置与设备，同样具有上述有益效果。

【技术实现步骤摘要】
一种自适应自抗扰控制方法、装置及设备
本申请涉及自抗扰控制
，特别涉及一种自适应自抗扰控制方法、装置及设备。
技术介绍
自抗扰控制(Auto/ActiveDisturbancesRejectionController，ADRC)是自上世纪九十年代发展起来的一种非线性控制算法，致力于解决一些复杂非线性系统特别是时滞系统的控制问题。尽管在非线性系统控制方面，传统的自抗扰控制算法已经取得了优于PID等方法的控制效果，但是经研究发现，自抗扰控制算法的控制性能对被控对象的系统参数(例如被控对象的稳态增益和时滞时间)较为敏感。因此，被控对象的系统参数的变化将严重影响到传统自抗扰控制方法的控制效果。为此，如何设计一种自适应自抗扰控制方法，以便有效改善对系统参数变化的时滞系统的控制效果，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种自适应自抗扰控制方法、装置及设备，以便有效地改善对系统参数变化的时滞系统的控制效果。为解决上述技术问题，本申请提供一种自适应自抗扰控制方法，包括：将控制系统的输入信号输入至跟踪微分器以计算获取所述输入信号的跟踪信号和微分信号；将被控对象的参数改变量输入至控制器增益补偿器以计算获取控制器增益补偿量；并将所述控制系统的控制器增益初始值与所述控制器增益补偿量的和作为补偿后的控制器增益；将所述控制系统的输出信号和总控制量和所述补偿后的控制器增益输入至扩展状态观测器，以计算获取第一状态估计值和第二状态估计值和总扰动估计值；计算所述跟踪信号与所述第一状态估计值的差值作为跟踪误差信号；计算所述微分信号与所述第二状态估计值的差值作为微分误差信号；将所述跟踪误差信号和所述微分误差信号输入至PD控制器以计算获取PD控制量；根据所述PD控制量和所述总扰动估计值和所述补偿后的控制器增益计算所述总控制量；并将所述总控制量输出至被控对象，以便对所述被控对象进行控制。可选地，所述跟踪微分器的表达式为：其中，fhan为最速控制综合函数；v(t)为所述输入信号；v1(k)为v(t)的跟踪信号；v2(k)为v(t)的微分信号；T1为所述跟踪微分器的积分步长；r1为所述跟踪微分器的速度因子；h1为所述跟踪微分器的滤波因子。可选地，所述被控对象的参数改变量包括被控对象增益改变量和时滞时间改变量；所述控制器增益补偿器的表达式为：Δb0＝α(ΔK·τ+Δτ·K+ΔK·Δτ)；其中，Δb0为所述控制器增益补偿量；α为增益补偿系数；ΔK为所述被控对象增益改变量；K为被控对象增益初始值；Δτ为所述时滞时间改变量；τ为时滞时间初始值。可选地，所述扩展状态观测器的表达式为：其中，y(k)为离散态的所述输出信号；u为所述总控制量；T2为所述扩展状态观测器的积分步长；z1(k)为所述第一状态估计值；z2(k)为所述第二状态估计值；z3(k)为所述总扰动估计值；β1、β2和β3均为状态观测系数；f为采样频率；b′0为所述补偿后的控制器增益，b′0＝b0+Δb0，b0为所述控制器增益初始值，Δb0为所述控制器增益补偿量。可选地，所述将所述控制系统的输出信号和总控制量和所述补偿后的控制器增益输入至扩展状态观测器包括：将所述输出信号输入至滤波器以获取滤波后的输出信号；将所述滤波后的输出信号和所述总控制量和所述补偿后的控制器增益输入至所述扩展状态观测器。可选地，所述滤波器的表达式为：其中，fhan为最速控制综合函数；y(t)为时域中的所述输出信号；x1(k)为y(t)的跟踪信号；x2(k)为y(t)的微分信号；T3为所述滤波器的积分步长；r2为所述滤波器的速度因子；h2为所述滤波器的滤波因子；y1(k+1)为离散态的所述滤波后的输出信号。可选地，所述将所述滤波后的输出信号和所述总控制量和所述补偿后的控制器增益输入至所述扩展状态观测器包括：将所述滤波后的输出信号输入至时滞补偿器以计算获取时滞补偿后的输出信号；将所述时滞补偿后的输出信号和所述总控制量和所述补偿后的控制器增益输入至所述扩展状态观测器。可选地，所述时滞补偿器的表达式为：y2(t)＝eτ′y1(t)；其中，y1(t)为时域中的所述滤波后的输出信号；y2(t)为时域中的所述时滞补偿后的输出信号；τ′为变化后的时滞时间，τ′＝τ+Δτ，τ为时滞时间初始值，Δτ为所述时滞时间改变量。本申请还提供了一种自适应自抗扰控制装置，包括：跟踪微分器：用于根据控制系统的输入信号计算获取所述输入信号的跟踪信号和微分信号；控制器增益补偿器：用于根据被控对象增益改变量和时滞时间改变量计算获取控制器增益补偿量；以便将所述控制系统的控制器增益初始值与所述控制器增益补偿量的和作为补偿后的控制器增益；扩展状态观测器：用于根据所述控制系统的输出信号和总控制量和所述补偿后的控制器增益，计算获取第一状态估计值和第二状态估计值和总扰动估计值；PD控制器：用于将所述跟踪信号与所述第一状态估计值的差值作为跟踪误差信号，将所述微分信号与所述第二状态估计值的差值作为微分误差信号，根据所述跟踪误差信号和所述微分误差信号计算获取PD控制量；以便根据所述PD控制量和所述总扰动估计值和所述补偿后的控制器增益计算获取所述总控制量，并输出至被控对象，以便对所述被控对象进行控制。本申请还提供了一种自适应自抗扰控制设备，包括：存储器：用于存储计算机程序；处理器：用于执行所述计算机程序以实现如上所述的任一种自适应自抗扰控制方法的步骤。本申请所提供的自适应自抗扰控制方法包括：将控制系统的输入信号输入至跟踪微分器以计算获取所述输入信号的跟踪信号和微分信号；将被控对象的参数改变量输入至控制器增益补偿器以计算获取控制器增益补偿量；并将所述控制系统的控制器增益初始值与所述控制器增益补偿量的和作为补偿后的控制器增益；将所述控制系统的输出信号和总控制量和所述补偿后的控制器增益输入至扩展状态观测器，以计算获取第一状态估计值和第二状态估计值和总扰动估计值；计算所述跟踪信号与所述第一状态估计值的差值作为跟踪误差信号；计算所述微分信号与所述第二状态估计值的差值作为微分误差信号；将所述跟踪误差信号和所述微分误差信号输入至PD控制器以计算获取PD控制量；根据所述PD控制量和所述总扰动估计值和所述补偿后的控制器增益计算所述总控制量；并将所述总控制量输出至被控对象，以便对所述被控对象进行控制。可见，相比于现有技术，本申请所提供的自适应自抗扰控制方法中，针对于模型参数变化的被控对象，通过根据被控对象的参数改变量计算得到控制器增益补偿量而对控制器增益进行了补偿，并利用补偿后的控制器增益对被控对象进行自抗扰控制，因而有效改善了控制性能，提高了对时变被控对象的控制效果，扩展了自适应自抗扰控制方法的适用范围。本申请所提供的自适应自抗扰控制装置和设备可以实现上述自适应自抗扰控制方法，同样具有上述有益效果。附图说明为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。图1为本申请所提供的一种自适应自抗扰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自适应自抗扰控制方法，其特征在于，包括：将控制系统的输入信号输入至跟踪微分器以计算获取所述输入信号的跟踪信号和微分信号；将被控对象的参数改变量输入至控制器增益补偿器以计算获取控制器增益补偿量；并将所述控制系统的控制器增益初始值与所述控制器增益补偿量的和作为补偿后的控制器增益；将所述控制系统的输出信号和总控制量和所述补偿后的控制器增益输入至扩展状态观测器，以计算获取第一状态估计值和第二状态估计值和总扰动估计值；计算所述跟踪信号与所述第一状态估计值的差值作为跟踪误差信号；计算所述微分信号与所述第二状态估计值的差值作为微分误差信号；将所述跟踪误差信号和所述微分误差信号输入至PD控制器以计算获取PD控制量；根据所述PD控制量和所述总扰动估计值和所述补偿后的控制器增益计算所述总控制量；并将所述总控制量输出至被控对象，以便对所述被控对象进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种自适应自抗扰控制方法，其特征在于，包括：将控制系统的输入信号输入至跟踪微分器以计算获取所述输入信号的跟踪信号和微分信号；将被控对象的参数改变量输入至控制器增益补偿器以计算获取控制器增益补偿量；并将所述控制系统的控制器增益初始值与所述控制器增益补偿量的和作为补偿后的控制器增益；将所述控制系统的输出信号和总控制量和所述补偿后的控制器增益输入至扩展状态观测器，以计算获取第一状态估计值和第二状态估计值和总扰动估计值；计算所述跟踪信号与所述第一状态估计值的差值作为跟踪误差信号；计算所述微分信号与所述第二状态估计值的差值作为微分误差信号；将所述跟踪误差信号和所述微分误差信号输入至PD控制器以计算获取PD控制量；根据所述PD控制量和所述总扰动估计值和所述补偿后的控制器增益计算所述总控制量；并将所述总控制量输出至被控对象，以便对所述被控对象进行控制。2.根据权利要求1所述的自适应自抗扰控制方法，其特征在于，所述跟踪微分器的表达式为：其中，fhan为最速控制综合函数；v(t)为所述输入信号；v1(k)为v(t)的跟踪信号；v2(k)为v(t)的微分信号；T1为所述跟踪微分器的积分步长；r1为所述跟踪微分器的速度因子；h1为所述跟踪微分器的滤波因子。3.根据权利要求1所述的自适应自抗扰控制方法，其特征在于，所述被控对象的参数改变量包括被控对象增益改变量和时滞时间改变量；所述控制器增益补偿器的表达式为：Δb0＝α(ΔK·τ+Δτ·K+ΔK·Δτ)；其中，Δb0为所述控制器增益补偿量；α为增益补偿系数；ΔK为所述被控对象增益改变量；K为被控对象增益初始值；Δτ为所述时滞时间改变量；τ为时滞时间初始值。4.根据权利要求1所述的自适应自抗扰控制方法，其特征在于，所述扩展状态观测器的表达式为：其中，y(k)为离散态的所述输出信号；u为所述总控制量；T2为所述扩展状态观测器的积分步长；z1(k)为所述第一状态估计值；z2(k)为所述第二状态估计值；z3(k)为所述总扰动估计值；β1、β2和β3均为状态观测系数；f为采样频率；b0′为所述补偿后的控制器增益，b0′＝b0+Δb0，b0为所述控制器增益初始值，Δb0为所述控制器增益补偿量。5.根据权利要求1至4任一项所述的自适应自抗扰控制方法，其特征在于，所述将所述控制系统的输出信号和总控制量和所述补偿后的控制器增益输入至扩展状态观测器包括：将所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：高健，刘亚超，张揽宇，王晓亮，张学志，陈新，陈云，贺云波，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44