一种用于含时延系统的鲁棒自抗扰控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于含时延系统的鲁棒自抗扰控制方法，包括：获取被控系统的二阶标称传递函数模型并构造与之适配的二阶自抗扰控制器模型，根据二阶自抗扰控制器模型设计自抗扰控制器；将自抗扰控制器的带宽参数化；通过参数缩放建立被控系统特征方程，根据特征方程对系统进行稳定性分析，得到系统稳定条件，遍历计算系统临界稳定的数值解，得出临界稳定边界条件，即系统调参准则；进行参数的鲁棒性分析检验，给出一组满足临界稳定边界条件的参数作为自抗扰控制的鲁棒调整准则。本发明专利技术的鲁棒性强，对存在不确定时延系统有较好控制效果。对存在不确定时延系统有较好控制效果。对存在不确定时延系统有较好控制效果。

【技术实现步骤摘要】
一种用于含时延系统的鲁棒自抗扰控制方法


[0001]本专利技术涉及过程自动控制领域，尤其是一种用于含时延系统的鲁棒自抗扰控制方法。

技术介绍

[0002]自抗扰控制(ADRC)用于消除运动与过程控制中的各种不确定性，通常自抗扰控制能较好地处理模型不确定性、非线性和外部干扰。目前自抗扰控制器调参方法主要有试错法、回路成形(频域整形)、鲁棒性约束优化法、带宽参数化调整法、基于编程的软件调参法等。上述方法为自抗扰控制器的调参提供多样选择，但需花费大量时间及专业知识培训现场工程师掌握自抗扰控制技术才能使其得以实际应用。并且自抗扰控制器参数的调整通常难度大、耗时长，控制效果好坏取决于控制器增益和观测器增益。其原因主要有：一是多数情况需要调整的观测器增益数目较多，且控制器增益和观测器增益相互独立，整个系统需要调整的参数较多。二是目前大多自抗扰控制调参未严格地考虑时延的影响。
[0003]由于实际应用中存在大量的大时延系统，因此需要探求自抗扰控制器的时延裕度，并分析给出良好的鲁棒调参准则以满足实际应用。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种用于含时延系统的鲁棒自抗扰控制方法，提高二阶及以上含时延系统过程控制的控制性能。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种用于含时延系统的鲁棒自抗扰控制方法，包括以下步骤：
[0007]S1、获取被控系统的二阶标称传递函数模型，建立与所述二阶标称传递函数模型适配的二阶自抗扰控制器模型：
[0008][0009][0010][0011]式中，u是控制输入量，和分别是过程输出y和y的导数的估计值，是总扰动量f的估计值，β1，β2，β3为观测器增益，L0是自设标称时延，理想情况下L0＝L，K，T，t，L分别为系统增益、时间常数、时间变量、时延常量；
[0012]根据所述二阶自抗扰控制器模型设计自抗扰控制器如下：
[0013][0014]式中，k
p
、k
d
为反馈控制器增益，r为参考信号；
[0015]S2、将自抗扰控制器的参数带宽化，其中所述观测器、所述反馈控制器的带宽分别为ω
o
、ω
c
；
[0016]S3、通过参数缩放建立被控系统特征方程，求解使系统稳定的调参准则，具体包括：
[0017]S31、定义缩放参数：η＝ω
o
L，
[0018]其中，是归一化拉普拉斯算子，s是拉普拉斯算子，τ是标准化时延量，η是标准化观测器带宽，λ是速度跟踪参数，k0＝ω
c
/ω
o
；
[0019]S32、建立被控系统的特征方程：
[0020][0021]式中，l
1i
和l
2i
分别为与参数λ，τ，η相关的多项式系数，表达式如下：
[0022][0023]根据所述特征方程对系统进行稳定性分析，得到系统稳定条件；
[0024]S33、根据所述系统稳定条件，遍历计算系统临界稳定的数值解，得出临界稳定边界条件：
[0025][0026]式中，η0＝1.0581，α1＝5.1223，α2＝
‑
0.7282，α3＝0.04；τ∈[0，2]、λ∈[1，1.7]；
[0027]S4、进行参数的鲁棒性分析检验，给出一组满足临界稳定边界条件的参数作为自抗扰控制的鲁棒调整准则。
[0028]进一步技术方案为：
[0029]步骤S32中，所述根据特征方程对系统进行稳定性分析，得到系统稳定条件如下：
[0030]1)或者，
[0031]2)如果且ω
*
满足以下条件：
[0032][0033]其中，
[0034][0035][0036]步骤S1中，所述二阶自抗扰控制器模型中总扰动量f＝
‑
a1x1‑
α2x2+b0d(t
‑
L)，L)，d(t
‑
L)表示外部扰动量。
[0037]步骤S4中，参数的鲁棒性分析检验指标包括增益裕度、稳定性裕度和相对时延裕度。
[0038]本专利技术的有益效果如下：
[0039]本专利技术为针对二阶及高阶含单输入单输出系统的自抗扰控制方法，提出了鲁棒性调参准则，基于调参准则调整系统带宽，不仅提高系统传统稳定裕度，还保证系统相对时延裕度。
[0040]本专利技术将反馈控制参数和前馈参数相关联，将其转化为速率λ和系统带宽η，不再需对原前、反馈参数调整。因速率λ和带宽η对系统有很明确的物理意义，调整时操作非常简便，适合工程应用。
附图说明
[0041]图1是本专利技术实施例的二阶含时延系统模型时滞自抗扰控制器的结构图。
[0042]图2是本专利技术实施例的自抗扰控制方法的等效二自由度结构图。
[0043]图3是本专利技术实施例在τ∈[0，2]和λ∈[1，1.7]内实现闭环稳定的带宽η的下边界图。
[0044]图4是本专利技术实施例的不同时延下对标准化观测器带宽的鲁棒性度量图。
[0045]图5是本专利技术实施例的η＝10和不同λ下的仿真结构图。
[0046]图6是本专利技术实施例的1000MW燃煤电厂干式电除尘器的自抗扰控制。
具体实施方式
[0047]以下结合附图说明本专利技术的具体实施方式。
[0048]本申请的一种用于含时延系统的鲁棒自抗扰控制方法，可应用在二阶及以上的任意模型，本实施例以二阶含时延系统(SOPTD)为例进行说明，包括以下步骤：
[0049]S1、获取被控系统的二阶模型如下：
[0050][0051]其中s，K，T，L分别是Laplace算子、系统增益、时间常数和时延常量；
[0052]将上式等价表示为二阶标称传递函数模型如下：
[0053][0054]式中，x1，x2是系统状态向量，u，y分别是控制输入量和过程输出；f为总扰动量，包括外部扰动和未知的内部扰动，b0为实际增益，t为时间变量；
[0055]具体的，f＝
‑
a1x1‑
a2x2+b0d(t
‑
L)，d(t
‑
L)表示外部扰动量；
[0056]具体的，如果被控系统是二阶及以上模型的对象，可通过Sigurd法转化为近似的二阶模型。
[0057]构造与二阶标称传递函数模型适配的二阶自抗扰控制器模型如下：
[0058][0059]式中，和分别是过程输出y和y的导数的估计值，L0是自设标称时延，理想情况下L0＝L，是总扰动量f的估计值，β1，β2，β3为观测器增益；
[0060]利用估计值和设计自抗扰控制器：
[0061][0062]k
p
、k
d
为反馈控制器增益，r为参考信号；
[0063]以上设计的自抗扰控制器结构图如图1所示，自抗扰控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于含时延系统的鲁棒自抗扰控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取被控系统的二阶标称传递函数模型，建立与所述二阶标称传递函数模型适配的二阶自抗扰控制器模型：的二阶自抗扰控制器模型：的二阶自抗扰控制器模型：式中，u是控制输入量，和分别是过程输出y和y的导数的估计值，是总扰动量f的估计值，β1，β2，β3为观测器增益，L0是自设标称时延，理想情况下L0＝L，K，T，t，L分别为系统增益、时间常数、时间变量、时延常量；根据所述二阶自抗扰控制器模型设计自抗扰控制器如下：式中，k
p
、k
d
为反馈控制器增益，r为参考信号；S2、将自抗扰控制器的参数带宽化，其中所述观测器、所述反馈控制器的带宽分别为ω
o
、ω
c
；S3、通过参数缩放建立被控系统特征方程，求解使系统稳定的最优参数解，具体包括：S31、定义缩放参数：η＝ω
o
L，其中，是归一化拉普拉斯算子，s是拉普拉斯算子，τ是标准化时延量，η是标准化观测器带宽，λ是速度跟踪参数，k0＝ω
c
/ω
o
；S32、建立被控系统的特征方程：式中，l
1i
和l
2i...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏志刚，孙雨歌，赵刚，王培红，郝勇生，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：