一种基于改进型自抗扰的位置角控制器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于改进型自抗扰的位置角控制器，包括比例模块K、跟踪微分控制器TD、模糊分阶次PID、改进型扩张状态观测器ESO、被控对象，所述比例模块K输出端与跟踪微分控制器TD的输入端相联接，所述跟踪微分控制器TD的输出端与所述模糊分阶次PID的输入端相联接，所述非所述模糊分阶次PID的输出端与所述扩张状态观测器ESO的输入端相联接，所述模糊分阶次PID的输出端、所述改进型扩张状态观测器ESO的输出端分别与所述被控对象的输入端相联接，所述被控对象的输出端与所述改进型扩张状态观测器ESO的输入端相联接。本发明专利技术基于该新型非线性函数设计的改进型自抗扰控制器具有比传统的控制器更好的高频颤振抑制能力、更好的自抗扰能力。

A position angle controller based on improved auto disturbance rejection

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进型自抗扰的位置角控制器
本专利技术涉及一种基于改进型自抗扰的位置角控制器，属于控制器设计

技术介绍
传统的自抗扰控制器尽管显示了其强大的鲁棒性和适应性，但目前仍存在许多不足，如原点附近高频颤振现象没有解决、自抗扰的能力不足等缺陷，这些会减低自抗扰控制器的控制性能。非线性函数是自抗扰控制器的核心部分，因此设计出合理的非线性函数是设计的重要工作，在设计非线性函数时考虑以下因素：(1)在原点附近具有良好的收敛性；(2)原点处连续，且函数值为0.经过大量的实验、仿真研究，常规的自抗扰控制器采用的是fal(·)函数，其表达式如下：该非线性函数的特点：α大小影响fal(·)函数的非线性程度，α＝0时，非线性最强；α＝1时线性最强。δ的大小影响fal(·)函数的线性段区间的长度。因此，当输入为误差信号时，可以通过调节fal(·)函数的参数，使得反馈环节在误差较大时，产生较小的反馈增益，在误差较小时，产生较大的反馈增益，在保证系统的稳定性的同时，使系统快速的达到稳定。fal(·)函数虽然连续，但不可导(即不光滑)。如果误差在线性段内变动，则消除了振荡影响，绕后如果δ取值较小，导数的突变将导致系统性能变坏，并不能避免高频颤振，甚至产生更大的振荡。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服现有技术存在的缺陷，解决上述技术问题，提出一种基于改进型自抗扰的位置角控制器，通过改进非线性函数的收敛性、连续性和可导性，从而改进自抗扰控制器的性能。本专利技术采用如下技术方案：一种基于改进型自抗扰的位置角控制器，其特征在于，包括比例模块K、跟踪微分控制器TD、模糊分阶次PID、改进型扩张状态观测器ESO、被控对象，所述比例模块K输出端与跟踪微分控制器TD的输入端相联接，所述跟踪微分控制器TD的输出端与所述模糊分阶次PID的输入端相联接，所述非所述模糊分阶次PID的输出端与所述扩张状态观测器ESO的输入端相联接，所述所述模糊分阶次PID的输出端、所述改进型扩张状态观测器ESO的输出端分别与所述被控对象的输入端相联接，所述被控对象的输出端与所述改进型扩张状态观测器ESO的输入端相联接。作为一种较佳的实施例，所述比例模块K的输入端输入给定信号a，所述跟踪微分控制器TD的输出跟踪信号Z11与所述改进型扩张状态观测器ESO的输出信号Z22进行比较，得到系统误差e1并传输给所述模糊分阶次PID；所述跟微分控制器TD的输出跟踪信号Z12与所述改进型扩张状态观测器ESO的输出信号Z21进行比较，得到系统误差e并传输给所述模糊分阶次PID；所述模糊分阶次PID的输出信号a2与所述改进型扩张状态观测器ESO的输出信号Z23除以补偿系数b0的值进行比较获得输出信号a3，所述输出信号a3一方面输出给被控对象获得被控对象的信号输出a5，所述输出信号a3另一方面乘以补偿系数b0输出给所述改进型扩张状态观测器ESO。作为一种较佳的实施例，比例模块K用来提高控制器的响应速度，得到的输入信号给跟踪微分控制器TD。作为一种较佳的实施例，所述跟踪微分控制器TD的控制函数为：V1＝Z11；V2＝Z21；其中：V(t)为输入信号，h为积分步长，r为跟踪速度因子，fhan(V1,V2,r,h)为非线性函数，Z11是跟踪微分控制器TD的输出跟踪信号，Z12是跟踪微分控制器TD的输出跟踪微分信号；所述跟踪微分控制器TD用来安排过渡过程，得到光滑的输入信号给所述模糊分阶次PID，并提供过渡过程的各阶导数的动态环节。作为一种较佳的实施例，所述跟踪微分控制器TD中的fhan(V1,V2,r,h)为非线性函数，所述fhan(V1,V2,r,h)的表达式如下：δ＝rh0；δ0＝h0δ；y＝v1-v+h0v2；所述跟踪微分控制器TD的输出V会在加速度限制下以最快速度跟踪输入信号V(t)，而且r越大，跟踪速度越快，当V1快速跟踪V(t)时，输出V2即为输入信号V(t)的微分，h0为滤波因子，用于滤除输入信号V(t)的噪声，从而对带有噪声的输入信号实现滤波和微分计算，h0的值越大滤波效果越明显。作为一种较佳的实施例，所述扩张状态观测器ESO的算法表达式如下：其中，Z21为输入信号θ的跟踪信号，ε1为观测误差，Z22是输入信号θ的微分信号，Z23为自抗扰控制器的总扰动f(t)的观测信号；u为控制输出，β11，β12，β13是扩张状态观测器ESO的增益，α1，α2，α3是非线性因子，δ是newfal(·)函数的线性区间宽度，选取δ＝0.01，b0是补偿系数。作为一种较佳的实施例，所述newfal(·)函数的表达式为：作为一种较佳的实施例，所模糊分阶次PID将所述跟踪微分控制器TD和所述改进型扩张状态观测器ESO产生的状态变量和估计之间的误差进行分析。作为一种较佳的实施例，所述α1,α2,α3的值取为：α1＝0.5,α2＝0.25,α3＝0.125。本专利技术所达到的有益效果：第一，本专利技术提出并设计了一种基于改进型自抗扰的位置角控制器，研发的新型非线性函数具有原点附近更好的连续性、可导性、平滑性，因此基于该新型非线性函数设计的改进型自抗扰控制器具有比传统的控制器更好的高频颤振抑制能力、更好的自抗扰能力；第二，本专利技术的新型自抗扰控制器不依赖被控对象精确模型，能够代替传统的自抗扰控制技术；第三，本专利技术采用跟踪微分控制器处理参考输入，采用新型扩张状态观测器估计系统状态扰动、模型不确定性和外部扰动，采用模糊分阶次PID处理控制器输出信号，能够实现对被控对象进行良好的控制；第四，本专利技术通过MATLAN-Simulink环境下的仿真证明，本专利技术的控制器对被控对象具有良好的快速性、较高的稳定性和较强的鲁棒性等优越性能，具有很高的工程实用价值。附图说明图1是本专利技术的一种基于改进型自抗扰的位置角控制器的控制信号连接示意图；图2是两种控制器的正弦输出响应曲线示意图；图3是两种控制器的扰动响应曲线示意图。图中标记的含义：1-跟踪微分控制器TD，2-模糊分阶次PID，3-被控对象，4-扩张状态观测器ESO。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。如图1所示的是本专利技术的一种基于改进型自抗扰的位置角控制器的控制信号连接示意图，本专利技术提出一种基于改进型自抗扰的位置角控制器，其特征在于，包括比例模块K、跟踪微分控制器TD、模糊分阶次PID、改进型扩张状态观测器ESO、被控对象，所述比例模块K输出端与跟踪微分控制器TD的输入端相联接，所述跟踪微分控制器TD的输出端与所述模糊分阶次PID的输入端相联接，所述模糊分阶次PID的输出端与所述改进型扩张状态观测器ESO的输入端相联接，所述模糊分阶次PID的输出端、所述改进型扩张状态观测器ESO的输出端分别与所述被控对象的输入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于改进型自抗扰的位置角控制器，其特征在于，包括比例模块K、跟踪微分控制器TD、模糊分阶次PID、改进型扩张状态观测器ESO、被控对象，所述比例模块K输出端与所述跟踪微分控制器TD的输入端相联接，所述跟踪微分控制器TD的输出端与所述模糊分阶次PID的输入端相联接，所述模糊分阶次PID的输出端与所述改进型扩张状态观测器ESO的输入端相联接，所述模糊分阶次PID的输出端、所述改进型扩张状态观测器ESO的输出端分别与所述被控对象的输入端相联接，所述被控对象的输出端与所述改进型扩张状态观测器ESO的输入端相联接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于改进型自抗扰的位置角控制器，其特征在于，包括比例模块K、跟踪微分控制器TD、模糊分阶次PID、改进型扩张状态观测器ESO、被控对象，所述比例模块K输出端与所述跟踪微分控制器TD的输入端相联接，所述跟踪微分控制器TD的输出端与所述模糊分阶次PID的输入端相联接，所述模糊分阶次PID的输出端与所述改进型扩张状态观测器ESO的输入端相联接，所述模糊分阶次PID的输出端、所述改进型扩张状态观测器ESO的输出端分别与所述被控对象的输入端相联接，所述被控对象的输出端与所述改进型扩张状态观测器ESO的输入端相联接。


2.根据权利要求1所述的一种基于改进型自抗扰的位置角控制器，其特征在于，所述比例模块K的输入端输入给定信号a，所述跟踪微分控制器TD的输出跟踪信号Z11与所述改进型扩张状态观测器ESO的输出信号Z22进行比较，得到系统误差e1并传输给所述模糊分阶次PID；所述跟微分控制器TD的输出跟踪信号Z12与所述改进型扩张状态观测器ESO的输出信号Z21进行比较，得到系统误差e并传输给所述模糊分阶次PID；所述模糊分阶次PID的输出信号a2与所述改进型扩张状态观测器ESO的输出信号Z23除以补偿系数b0的值进行比较获得输出信号a3，所述输出信号a3一方面输出给所述被控对象获得被控对象的信号输出a5，所述输出信号a3另一方面乘以补偿系数b0输出给所述改进型扩张状态观测器ESO。


3.根据权利要求1所述的一种基于改进型自抗扰的位置角控制器，其特征在于，所述比例模块K设置于所述跟踪微分控制器TD之前，所述比例模块K用来提高控制器的响应速度，得到的输入信号给所述跟踪微分控制器TD。


4.根据权利要求1所述的一种基于改进型自抗扰的位置角控制器，其特征在于，所述跟踪微分控制器TD的控制函数为：



V1＝Z11；
V2＝Z21；
其中：V(t)为输入信号，h为积分步长，r为跟踪速度因子，fhan(V1,V2,r,h)为非线性函数，Z11是跟踪微分控制器TD的输出跟踪信号，Z12是跟踪微分控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丙友，罗建，王力超，李兴，张峥峥，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34