一种串联校正与状态反馈协调型控制器制造技术

本发明专利技术涉及一种串联校正与状态反馈协调型控制器，用于控制被控过程，其特征在于，所述的协调型控制器包括串联控制器、零点校正器、状态反馈与观测器、第一比较器和第二比较器，所述的串联控制器、第二比较器、零点校正器、被控过程输入端依次连接，所述的被控过程输出端分别连接第一比较器和状态反馈与观测器，所述的状态反馈与观测器分别连接第二比较器和零点校正器的输入端；其中，零点校正器用于标幺化被控过程；状态反馈与观测器用于进行标幺化被控过程的状态观测和状态反馈控制；串联控制器用于进行标幺化被控过程的串联校正控制。与现有技术相比，本发明专利技术充分发挥了串联校正型控制器稳态特性好和状态变量反馈控制器动态控制特性好的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种串联校正与状态反馈协调型控制器
本专利技术涉及一种控制器结构，尤其是涉及一种串联校正与状态反馈协调型控制器。
技术介绍
已有的PID控制器是属于串联校正型控制器一类。这类控制器通用性强，已成为实际过程控制中的主流控制器。状态变量反馈控制器是属于现代控制理论应用最主要的成果之一，已被证明可比PID控制器获得更出色的动态控制品质。然而，状态变量反馈控制器的固有缺陷是不能照顾控制系统的稳态特性。因此，已有多人尝试将串联校正型控制器和状态变量反馈控制器组合起来应用，期望所得控制系统的动态控制靠状态变量反馈控制器，稳态控制靠串联校正型控制器。但是，大量实践证明这个美好设想却很难实现。因为，两种控制器的简单组合很难协调一致，常常是串联校正型控制器破坏了状态变量反馈控制器原有的好动态控制品质的实现。本专利技术就是突破了这种技术发展瓶颈，利用控制器的标准传递函数设计方法，将巧妙设计的串联校正与状态反馈协调型控制器架构下的各控制部件参数，统一协调地设计出来，从而实现了串联校正控制器与状态反馈控制器和谐合作的理想控制效果。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种控制效果好、稳态特性好的串联校正与状态反馈协调型控制器。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种串联校正与状态反馈协调型控制器，用于控制被控过程，所述的协调型控制器包括串联控制器、零点校正器、状态反馈与观测器、第一比较器和第二比较器，所述的串联控制器、第二比较器、零点校正器、被控过程输入端依次连接，所述的被控过程输出端分别连接第一比较器和状态反馈与观测器，所述的状态反馈与观测器分别连接第二比较器和零点校正器的输入端；其中，零点校正器用于标幺化被控过程；状态反馈与观测器用于进行标幺化被控过程的状态观测和状态反馈控制；串联控制器用于进行标幺化被控过程的串联校正控制。所述的零点校正器的传递函数为被控过程传递函数的分子多项式的倒数。所述的被控过程Gp(s)的传递函数为：时，零点校正器Gc2(s)的传递函数为：其中，n＞l，a0，a1，...，an-1、b0，b1，...，bl均为多项式系数。所述的状态反馈与观测器的观测模型Gm(s)为：状态观测阵为：状态控制阵为：Kf＝[f1f2…fn]。所述的状态反馈与观测器的极点从相应的标准传递函数获取。所述的标准传递函数为：式中，n+1为阶数，M为系统型次，β为系数。所述的串联控制器的传递函数根据标准传递函数的零点获取。所述的串联控制器的传递函数为：式中，c0，C1...，ck为系数。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)本专利技术控制器将串联校正型控制器和状态变量反馈控制器有机融合在一起，充分发挥了串联校正型控制器稳态控制特性好和状态变量反馈控制器动态控制特性好的优点；2)本专利技术利用控制器的标准传递函数设计方法，将巧妙设计的串联校正与状态反馈协调型控制器架构下的各控制部件参数，统一协调地设计出来，从而实现串联校正控制器与状态反馈控制器和谐合作的理想控制效果。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，一种串联校正与状态反馈协调型控制器，用于控制被控过程Gp(s)，其特征在于，所述的协调型控制器包括串联控制器Gc1(s)、零点校正器Gc2(s)、状态反馈与观测器Gc3(s)、第一比较器1和第二比较器2，所述的串联控制器Gc1(s)、第二比较器2、零点校正器Gc2(s)、被控过程Gp(s)输入端依次连接，所述的被控过程Gp(s)输出端分别连接第一比较器1和状态反馈与观测器Gc3(s)，所述的状态反馈与观测器Gc3(s)分别连接第二比较器2和零点校正器Gc2(s)的输入端；其中，零点校正器Gc2(s)用于标幺化被控过程；状态反馈与观测器Gc3(s)用于进行标幺化被控过程的状态观测和状态反馈控制；串联控制器Gc1(s)用于进行标幺化被控过程的串联校正控制。控制器输入为R，输出为Y。零点校正器Gc2(s)的传递函数为被控过程传递函数的分子多项式的倒数。状态反馈与观测器Gc3(s)的设计，依据标幺化过程Gc2(s)Gp(s)，按照常规的极点配置设计理论方法，但其极点取自相应的标准传递函数。串联控制器Gc1(s)的设计依据控制系统标准传递函数的零点。假设被控过程由式(1)定义，则可设计零点校正器为式(2)；设计观测模型为式(3)；设计状态观测阵为式(4)；设计状态控制阵为式(5)；设计串联控制器为式(6)。串联控制器函数中的分子多项式阶数取值为0、1或2，具体取值视被控过程所含的积分环节数来定。kf＝[f1f2…fn](5)选取标准传递函数通式为式(7)。其中，系统阶数为n+1；系统型次M的值将依被控过程所含的积分环节数来定。以被控过程所含的积分环节数为2为例，具体设计状态观测阵、状态控制阵和串联控制器：此时，图示系统的开环传递函数将含有三个积分器，总控制系统为3型系统。所以取标准传递函数的型次为3，即M＝3。标准传递函数具体取为式(8)。而串联控制器具体设为式(9)。于是，总的控制系统传递函数可综合为式(10)。令式(8)与式(10)相等，则状态控制阵和串联控制器的具体设计如式(11)和式(12)所示。状态观测阵的具体设计依据观测模型Gm(s)(式(13))进行。假设状态观测系统的期待特征多项式为式(14)，则可推得状态观测阵为式(15)。Pη(s)＝sn+ηn-1sn-1+…+η1s+η0(14)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种串联校正与状态反馈协调型控制器，用于控制被控过程，其特征在于，所述的协调型控制器包括串联控制器、零点校正器、状态反馈与观测器、第一比较器和第二比较器，所述的串联控制器、第二比较器、零点校正器、被控过程输入端依次连接，所述的被控过程输出端分别连接第一比较器和状态反馈与观测器，所述的状态反馈与观测器分别连接第二比较器和零点校正器的输入端；其中，零点校正器用于标幺化被控过程；状态反馈与观测器用于进行标幺化被控过程的状态观测和状态反馈控制；串联控制器用于进行标幺化被控过程的串联校正控制。

【技术特征摘要】
1.一种串联校正与状态反馈协调型控制器，用于控制被控过程，其特征在于，所述的协调型控制器包括串联控制器、零点校正器、状态反馈与观测器、第一比较器和第二比较器，所述的串联控制器、第二比较器、零点校正器、被控过程输入端依次连接，所述的被控过程输出端分别连接第一比较器和状态反馈与观测器，所述的状态反馈与观测器分别连接第二比较器和零点校正器的输入端；其中，零点校正器用于标幺化被控过程；状态反馈与观测器用于进行标幺化被控过程的状态观测和状态反馈控制；串联控制器用于进行标幺化被控过程的串联校正控制；所述的零点校正器的传递函数为被控过程传递函数的分子多项式的倒数；所述的被控过程Gp(s)的传递函数为：时，零点校正器Gc2(s)的传递函数为：其中，n>l，a0,a1,...,an-1、b0,b1,...,bl均为多项式系数；...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨平，王志萍，徐晓丽，李平，余洁，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：