一種自抗擾控制器參數的整定方法技術

本發明專利技術公開了屬于工業自動化領域的一種自抗擾控制器的參數整定方法。所述自抗擾控制器由TD、NLSEF和ESO串聯組成；在實施對自抗擾控制器進行參數整定時，自抗擾控制器的參數整定方法包括兩個相互聯系的內容：1）待整定參數初始值的確定；2）確定待整定參數初始值之后的后續整定；本發明專利技術基于MATLAB仿真，可離線進行，以給出的一組簡單的計算公式計算確定待整定的各個參數的初始值，或以直接提供的一組數值作為初始化參數，然后以此作為開始點，再按照幾個簡要步驟的操作流程即可完成自抗擾控制器的參數整定，具有整定速度快、效率高、參數準確的特點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于工業自動化領域，特別涉及一種自抗擾控制器的參數整定方法。
技術介紹
自抗擾控制器(ADRC)是一種在工業過程控制中應用的自動控制方法，其主要優點是能夠自動跟蹤系統中的隨機擾動并對控制輸出進行自動補償，對被控對象的精確數學模型不存在很強的依賴性，具有很強的抗干擾能力和控制的魯棒性，該種控制方法在工業過程控制中得到了越來越廣泛的應用，其控制的優越性得到了現場工程技術人員的廣泛認同。自抗擾控制器參數較多，有6個需要整定的參數，分別是I)擴張狀態觀測器(ESO)參數:β !, β 2, β 3, b02)非線性狀態誤差反饋(NLSEF)參數N1J2現有文獻中的整定方法基本上都是基于理論分析方法的，參數整定所需要的計算量較大、效率不高，且需要較多的已知條件，需工程技術人員對自抗擾控制技術非常了解才能夠操作，對其知識層次的要求較高，非常不適合于進行快速的參數整定。同時，在整定所需數據不夠準確時，整定后參數的準確性也不高。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對上述問題，提出一種自抗擾控制器的參數整定方法，其特征在于，自抗擾控制器的參數整定方法包括I)待整定參數初始值的確定；2)確定待整定參數初始值之后的后續整定；具體的實施過程如下首先對I)待整定參數初始值進行確定如下為明晰起見，使用上述自抗擾控制器對其ESO進行穩定性分析 如果ESO穩定則Z1收斂到y，則V1和V2視作ESO的外部擾動，在ESO的穩定性分析中可忽略，然后使用梅森公式獲取G·(S)的表達式；ES0的傳遞函數表征為

【技術保護點】
一種自抗擾控制器的參數整定方法，其特征在于，自抗擾控制器的參數整定方法包括1）待整定參數初始值的確定；2）確定待整定參數初始值之后的后續整定；具體的實施過程如下：首先對1）待整定參數初始值進行確定如下：?為明晰起見，使用上述自抗擾控制器對其ESO進行穩定性分析：如果ESO穩定則z1收斂到y，則?v1和v2視作ESO的外部擾動，在ESO的穩定性分析中可忽略，然后使用梅森公式獲取GESO(S)的表達式；ESO的傳遞函數表征為:GESO(S)=z1(s)y(s)---(1)式中，??z1(s)為ESO對被控對象輸出y的估計z1的拉氏變換；y(s)?為被控對象輸出y的拉氏變換?；將ESO視作一個單位反饋系統，z1為反饋點；定義GESO(S)的前向通道傳遞函數為Gm(S)，因此有：GESO(S)=Gm(S)1+Gm(S)---(2)對Gm(S)應用梅森公式，有：P1=-β11sP2=-β21s2P3=-β31s3P4=-β31s3和L1=-N1b01s2L2=-N2b01s2可見L1?和?L2?含有公共部分；因此得到Δ=1+N1b01s2+N2b01s2---(3)所以有Δ1=Δ2=Δ3=Δ4=1因此得到Gm(S)表達式為Gm(S)=1ΔΣk=14PkΔk=1Δ(P1Δ1+P2Δ2+P3Δ3+P4Δ4)=-(β1s2+β2s+2β3)s(s2+N1b0+N2b0)---(4)因此進一步得到ESO的閉環傳遞函數為GESO(S)=Gm(S)1+Gm(S)=-(β1s2+β2s+2β3)s3-β1s2+(N1b0+N2b0-β2)s-2β3---(5)由此可見GESO(S)是一個三階系統；根據勞斯判據，ESO如果是穩定的則必須滿足下列條件：β1<0β3<0(N1b0+N2b0-β2)>0-β1(N1b0+N2b0-β2)>-2β3---(6)現在根據式（6）來選擇自抗擾控制器的初始化參數，只要所選擇的參數滿足式（6）即可；其中，給出如下一組經過驗證效果較好的參數：β1=-1β2=-2β3=-1N1=300N2=10b0=1????或者????β1=-0.1β2=-1.5β3=-0.1N1=300N2=10b0=1????????????（7）；上述式中，β1,β2,β3,b0為擴張狀態觀測器（ESO）的參數；?N1,N2為非線性狀態誤差反饋（NLSEF）參數；p1、p2、p3、p4、?L1?、?L2??、?、?1、?2、?3和?4都是梅森公式中定義的有固定含義的參數，S是拉氏算子；其次，2）確定待整定參數初始值之后的后續整定；經反復仿真實驗，后續的參數調節按如下的過程實施：第1步:?按式（6）給出的條件自行確定一組參數的初始值，或者直接使用式（7）給出的一組數值作為參數初始值；第2步:?在自抗擾控制閉環控制系統的MATLAB仿真模型中，使用由第1步確定的初始化參數進行仿真，然后觀察閉環系統的輸出，如果系統輸出呈現紋波較小的衰減振蕩則直接進行第4步；如果系統輸出呈現紋波較大的衰減振蕩或發散則進行第3步；實際操作中，超調量達到8%?15%范圍，即可認為是紋波較小，若大于該范圍，則認為系統輸出呈現紋波較大的衰減振蕩；第3步:按1～2個數量級減小β1、β3的絕對值，如果采用式（7）給出的一組數值作為參數初始值，則此步中β1、β3使用下面數值：β1?=??0.1,??β3=??0.1然后在MATLAB仿真模型中觀察閉環系統的仿真輸出，如果系統輸出呈現衰減振蕩出現第2步中系統輸出呈現紋波較大的衰減振蕩情況，則繼續重復該步，在多次重復了該步驟后，如果發現系統輸出的紋波形狀變化很小或者基本不再有變化則進行第4步，如果系統輸出呈現第2步中紋波較小的衰減振蕩，則直接進行第5步；第4步:?按減半方式減小β2，如果采用式（7）給出的一組數值作為參數初始值，則此步中β2使用下面數值：β2＝?1然后回到第2步開始新一輪的參數調節；當持續調節到系統輸出曲線的紋波較小時進行第5步，無論此時系統輸出是否存在靜態偏差；所述靜態偏差是指系統調節達到穩定后系統的輸出與設定值的偏差；第5步:?如果此時系統輸出存在靜態偏差，則適當增加N1的數值，同時保持N2不變，以消除靜態誤差。...

【技術特征摘要】
1.一種自抗擾控制器的參數整定方法，其特征在于，自抗擾控制器的參數整定方法包括I)待整定參數初始值的確定；2)確定待整定參數初始值之后的后續整定；具體的實施過程如下首先對I)待整定參數初始值進行確定如下為明...

【專利技術屬性】
技術研發人員：梁庚，李文，
申請(專利權)人：華北電力大學，
類型：發明
國別省市：