一种参数带宽化与能量化的高性能自适应抗扰控制方法技术

本发明专利技术提供一种参数带宽化与能量化的高性能自适应抗扰控制方法，包括：1、根据被控对象的相对阶次确定扩张状态观测器的阶次；2、构建扩张状态观测器；3、选定参考模型；4、根据扩张状态观测器与参考模型得到观测状态xO、参考模型的输出状态xr以及状态跟踪误差er，并构建自适应机构，通过所构建的自适应机构运算得到前馈增益参数K和后馈增益参数F，通过自适应机构对K和F进行调整；5、利用前馈增益参数K、后馈增益参数F、参考输入信号r及观测状态xO，构建前馈反馈控制器，并得到输入到被控对象中的控制量u。本发明专利技术是在自抗扰控制器中，加入自适应调节机制，使系统实现优异的跟踪性能和抗扰性能，易于实现，方便工程人员使用。

A High Performance Adaptive Disturbance Rejection Control Method with Parametric Bandwidth and Energy

【技术实现步骤摘要】
一种参数带宽化与能量化的高性能自适应抗扰控制方法
本专利技术涉及伺服控制
，尤其涉及一种参数带宽化与能量化的高性能自适应抗扰控制方法。
技术介绍
自抗扰控制器和模型参考自适应控制器是两种先进的控制器，适用于工业系统的高性能控制。例如，自抗扰控制器在高精度运动控制系统上有应用；模型参考自适应控制器作为一种高性能控制器，在航空航天飞行器控制上有应用。然而，在实际应用中，上述两种控制器都存在一定的局限性问题，需要采用额外的技术手段才能解决：自抗扰控制器要求具有高带宽的扩张状态观测器，高带宽扩张状态观测器对测量噪声有显著的放大作用，导致自抗扰控制器容易受到噪声污染，降低自抗扰控制器的控制性能；模型参考自适应控制器，需要设计的参数较多，对设计者的理论水平有较高要求，且控制器参数常常只适用于一定幅值内的外部输入信号，当信号幅值发生大幅变化时，控制性能往往难以得到保证。针对上述问题，本专利技术提出一种参数带宽化与能量化的高性能自适应抗扰控制方法，通过两种控制器的综合，解决上述两种控制器单独使用时的局限问题，为工业控制提供一种简单、易用的高性能控制器。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种参数带宽化与能量化的高性能自适应抗扰控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、根据被控对象的相对阶次确定扩张状态观测器的阶次；步骤2、根据扩张状态观测器的阶次构建自抗扰控制器中的扩张状态观测器；步骤3、选定参考模型；步骤4、根据扩张状态观测器与参考模型得到扩张状态观测器的观测状态xO、参考模型的输出状态xr以及状态跟踪误差er，并构建自适应机构，通过所构建的自适应机构运算得到前馈增益参数K和后馈增益参数F，通过自适应机构对K和F进行调整；步骤5、利用自适应机构输出的前馈增益参数K和后馈增益参数F、参考输入信号r以及扩张状态观测器的观测状态xO，构建前馈反馈控制器，并得到输入到被控对象...

【技术特征摘要】
1.一种参数带宽化与能量化的高性能自适应抗扰控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、根据被控对象的相对阶次确定扩张状态观测器的阶次；步骤2、根据扩张状态观测器的阶次构建自抗扰控制器中的扩张状态观测器；步骤3、选定参考模型；步骤4、根据扩张状态观测器与参考模型得到扩张状态观测器的观测状态xO、参考模型的输出状态xr以及状态跟踪误差er，并构建自适应机构，通过所构建的自适应机构运算得到前馈增益参数K和后馈增益参数F，通过自适应机构对K和F进行调整；步骤5、利用自适应机构输出的前馈增益参数K和后馈增益参数F、参考输入信号r以及扩张状态观测器的观测状态xO，构建前馈反馈控制器，并得到输入到被控对象中的控制量u。2.如权利要求1所述的一种参数带宽化与能量化的高性能自适应抗扰控制方法，其特征在于：所述步骤1具体为：根据被控对象的传递函数模型Φ(s)，选取相对阶次n＝p-m，p为被控对象的传递函数模型Φ(s)的分母最高阶次；m为被控对象的传递函数模型Φ(s)的分子最高阶次；则扩张状态观测器的阶次为n+1阶；公式(1)中，Φ(s)表示传递函数模型；p为被控对象的传递函数模型Φ(s)的分母最高阶次；m为被控对象的传递函数模型Φ(s)的分子最高阶次；s表示为拉普拉斯算子；b＝[bm,bm-1,…b1]表示传递函数模型的分子多项式；a＝[ap,ap-1,…a1]表示传递函数模型的分母多项式。3.如权利要求2所述的一种参数带宽化与能量化的高性能自适应抗扰控制方法，其特征在于：所述步骤2中扩张状态观测器表示为：公式(2)中，为n+1阶的方阵；为n×1的向量矩阵；为1×n的向量矩阵；b0为扩张状态观测器的输入增益；u表示输入到被控对象中的控制量，yp为被控对象的输出，yo为扩张状态观测器的输出；xo＝[xo1,xo2,…,xo(n+1)]T为扩张状态观测器的观测状态，表示xo的导数；L＝[l1,l2,…,ln+1]T为扩张状态观测器的增益向量，从公式(3)中取得：sn+1+l1sn+l2sn-1+…+lns+ln+1＝(s+ωo)n+1(3)使得扩张状态观测器的特征多项式为λ(s)＝(s+ωo)n+1，s为拉普拉斯算子，ωo为扩张状态观测器的带宽，是需要设计的参数，ωo的大小决定了扩张状态观测器的观测快速性。4.如权利要求3所述的一种参数带宽化与能量化的高性能自适应抗扰控制方法，其特征在于：所述步骤3中参考模型表示为：公式(4)中，为n+1阶的方阵；为n×1的向量矩阵；为1×n的向量矩阵；xr＝[xr1,xr2,…,xr(n+1)]T为参考模型的输出状态；为xr的导数；yp为被控对象的输出；yo为扩张状态观测器的输出；yr为参考模型的输出；r为参考输入信号；L(n+1)＝[0,0,…,0,ln+1]T为参考模型的增益向量；参数由公式(5)选取：H(s)为自抗扰控制器的闭环传递函数，s为拉普拉斯算子，ωc为自抗扰控制器的带宽，决定了自抗扰控制器的响应速度，按照ωo＝(3～5)ωc的规则选取。5.如权利要求4所述的一种参数带宽化与能量化的高性能自适应抗扰控制方法，其特征在于：所述步骤4中自适应机构表示为：公式(6)中，F表示反馈增益参数；表示F的导数；F*表示自抗扰控制器的参数理想值；K表示前馈增益参数；表示K的导数；K*表示自抗扰控制器的参数理想值；K(0)和F(0)分别为K和F的初始值；ρ表示能量化参数，ρ≥0；B＝[0…010]T为系统的输入矩阵；BT表示B矩阵的转置；P＝PT为给定的正定对称矩阵；er＝xr-xo＝[er1er2…er(n+1)]T表示状态跟踪误差；xr＝[xr...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂卓赟，程前，李高铭，朱超，李兆洋，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建,35