最速地实现自抗扰反馈控制的方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种实现最优化自抗扰反馈控制的方法和装置。适用于通过控制对象的状态推定值和目标值的误差来算出被控对象的控制量的反馈控制，是一种控制目标值的过渡过程的过渡过程控制方法，它是根据上述的过渡过程变位加速度的变化类型，决定上述的过渡过程的类型，又，以上述决定的过渡过程的类型来控制上述目标值的过渡过程的包括其过渡过程作为特征的过渡过程控制方法。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

Method and device for realizing self disturbance rejection feedback control at the most speed

The invention relates to a method and an apparatus for optimizing an automatic disturbance rejection feedback control. Application error and target state estimation by controlling the value of the object value to calculate the amount of control object of feedback control is the transition process of transition process a control target value control method, it changes depending on the type of transition process the displacement acceleration, type, decision and the transition process, including the transition process as the transition characteristics of the process control method to type the transition process the decision to control the target value of the transition process.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术与适用过渡过程控制的控制器有关，更详细的说，与根据控制对象的输入信号和输出信号能推定其控制对象的状态和未知干扰的控制器有关。目前，过程控制中用的绝大多数控制器是40年代形成的PID调节器及其变种。60年代以后，以被控对象数学模型为基础的现代控制理论得到了很大发展。但是大量实际对象给不出合适的数学模型，现代控制理论成果很难用于实际控制工程中。于是80年代开始出现了各种“先进控制”方法，但都没有摆脱数学模型的束博，都要采用“建摸”、“系统辨识”、“适应”等复杂手续，使控制算法复杂，其应用受到很大限制。控制论和模拟技术的萌芽时期产生的PID技术，在大量实际控制工程中出色地完成了各种控制目标，从而PID成为一种几乎完美的控制技术。然而，科学技术的进一步发展，使控制目标多样化，控制精度和速度的要求越来越高，原始的PID不能完全适应这个新变化。人们怀疑PID“不行”，认为PID对对象的数学描述不精确是它的最大缺点，要建立新的对象描述方法来探讨新的控制机理。于是从60年代开始，以对象的精确数学模型(状态空间模型)为基楚的现代控制理论得到了很大发展。然而这个新理论没能给出实用控制器的设计方法，其成果工程实践中难于得到应用。于是80年代末开始，又出现了“重新认识PID”的新思潮。寻求实用而高效的控制器，需要正确地认识PID和现代控制理论的优缺点。PID在过程控制中能够得到大量应用的根本原因是，它不是靠对象的数学模型来确定控制策略，而是靠“控制目标与被控对象实际行为之间的误差”来确定消除此误差的控制策略，其控制机理完全独立于对象的数学模型。然而，它生成控制量的方法，由于受当时的认识水平和技术条件的限制，比较简单“目标和行为之间误差ε”的过去(I)、现在(P)及变化趋势(D)的“加权和”形式，是直接去处理“目标和实际行为之间误差ε”来得到控制量的。PID的局限性就是由这种“目标信号”和“实际行为信号”的“简单处理”所导致的。简单地说“不靠模型”是优点，“处理简单”是其缺点。现代控制理论虽然对系统分析(即对控制系统基本机制的认识)作出了很大贡献，但是由于大量的工程对象给不出合适的数学模型，它提出的控制方法很难得到实际应用。简单地说“靠模型”是其优点，也是无法实用的最大“缺点”。如果现代控制理论对控制系统的认识和现代的信号处理技术相结合，发扬PID“不靠模型”的长处，改进其“简单处理”办法，那么我们能够构造出比PID更好的新型实用控制器。上述的过去PID技术，有如下四个方面需要改进①控制目标可以跳变，但是作为惯性环节的输出，对象的实际行为只能缓变，要求“缓变的行为”跟踪“突变的目标”是不合理的。②缺乏获取误差微分信号的合适办法。③误差ε的“过去”( ，即I)、“现在”(P)及“变化趋势”(D)的“加权和”不一定是最好的组合形式。④I的引入，对消除未知常值外扰的影响，有一定的作用，除此之外意义不大。对此，本申请专利的专利技术者，专利技术了能解决PID的这四个弱点的控制技术①专利技术了根据目标值和对象的能力，先安排合适的“过渡过程”和这个过程的微分信号的技术。②专利技术了开发出能够合理提取微分信号的非线性动态环节-“非线性跟踪微分器”(Tracking-Differentiator-TD)的技术；此技术的详细说明请参考以下文献A及表1的中国文献。文献AHan Jing-Qing．Nonliner Design Methods For Control Systems.IFAC World Congress 1999，Beijing，P.R.China，C-2a-15-4，521-526，(5th-9th July 1999)．(注IFACThe International Federation of AutomaticControl)③专利技术了采用安排的过渡过程和系统实际状态之间误差的适当非线性组合策略的技术；此技术的详细说明请参考表1的中国文献。④专利技术了由对象的输入输出信号能估计对象状态和不确定扰动的非线性动态环节-“扩张状态观测器”(Extended State Observer-ESO)，用于估计对象状态和未知扰动(参考文献)。这个“扩张状态观测器”是独立于对象的具体数学模型的的技术；此技术的详细说明请参考上述文献A，下述文献B及表1的中国文献。文献Bバゲスマハワン，罗正华，韩京清(本专利申请的专利技术者)，中 新一“通过扩张状态观测器的机器人的高速而高精度的运动控制”，日本机器人学会志，Vol.18，No.2，pp.244～251，2000。此“扩张状态观测器”是与控制对象的具体数学模型无关的独立的存在。本专利专利技术者，根据以上4方面技术，专利技术了新型的非线性PID控制器。此控制器，首先，第1个“追踪微分器”设定过渡过程，并抽出其微分信号，其次，第2个“追踪微分器”追踪被控对象的实际举动，并抽出其微分信号。接着，算出第1个“追踪微分器”设定的过渡过程和第2个“追踪微分器”追踪被控对象的实际举动的误差和上述过渡过程的微分信号和上述实际举动微分信号的微分误差。并积分上述误差。最后，积分输出值和上述误差及微分误差的非线性组合，生成被控对象的控制量，对此技术详细说明请参考前记文献A的附图说明图1及表1的中国文献。上述的新型非线性PID控制器跟过去的PID控制器相比，其控制效果奇好，无需量测外扰而能消除其影响，参数调整也很简单。另外，本专利专利技术者，为强化控制器的不确定因素的适应能力和未知的干扰对应能力，利用状态观测器思想和非线性反馈特殊效果，根据被控对象的输入信号和输出信号开发出能推定被控对象和不确定因素和干扰的强力的“扩张状态观测器”，并利用它专利技术了“自动排除干扰控制器”(Auto-Disturbances-Rejection ControllerADRC)，因为“扩张状态观测器”能推定不确定干扰，对ADRC，上述第1的误差积分反馈就没有必要了。此技术的详细说明请参考上述文献A的4.2节(图2)及表1的中国文献，。“自抗扰控制器”(ADRC)是由如下三部分组成用一个跟踪微分器(TD)来安排过渡过程并提取其微分信号；用扩张状态观测器(ESO)来估计对象的状态变量和未知扰动的实时作用量；安排的过渡过程与对象状态估计量之间误差的适当非线性组合和未知扰动估计量的补偿来生成控制信号。这三部分中都用到了合适的非线性特性。这对数字式控制器来说不是障碍，因为数字控制器只认得程序，不能区分线性与非线性。自抗扰控制器完全适应了数字控制时代的要求，也完全祢补了常规PID的不足，而且PID不易实现的时滞系统控制、多变量系统解耦控制等都是比较容易做到的。在自抗扰控制器中，确定性系统控制与不确定性系统的控制完全可以统一起来。然而，从工程实用的角度看，自抗扰控制器也有一些需要进一步改善的部分。自抗扰控制器中需要改进的部分主要有如下三方面①“用跟踪微分器(TD)”安排的过渡过程有加速度的跳跃，容易引起过渡过程中控制量的跳跃，有时对工程实现带来一定困难；②“扩张状态观测器(ESO)”中所用非线性函数演算量多一些；③误差和误差微分的非线性反馈形式需要进行最优化。改进“自抗扰控制器”这三个不足点，提出了新的更实用的控制器方案-“最优自抗扰控制器”(Optimal A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于通过控制对象的状态推定值和目标值的误差来算出被控对象的控制量的反馈控制，是一种控制目标值的过渡过程的过渡过程控制方法，它是根据上述的过渡过程变位加速度的变化类型，决定上述的过渡过程的类型，又，以上述决定的过渡过程的类型来控制上述目标值的过渡过程的包括其过渡过程作为特征的过渡过程控制方法。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩京清，
申请(专利权)人：韩京清，韩学锋，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]