[发明专利]Tornambe型非线性鲁棒控制器及参数整定方法、系统

说明书

技术领域

本发明涉及工业过程控制领域，特别涉及一种Tornambe型非线性鲁棒控制器的参数整定方法、一种Tornambe型非线性鲁棒控制器的参数整定系统、以及一种Tornambe型非线性鲁棒控制器。

背景技术

在目前的工业过程控制中，PID(Proportion-Integration-Differentiation)调节控制器及改进型PID控制器由于具有结构简单、设计方便、效果相对较优等优点，在实际工业控制中得到广泛的应用。但是它仍存在一些问题，其一，快速性和准确性不能很好的统一。对于一个实际系统来说，往往希望在控制器的作用下，能“又快又好”达到控制目标，但是PID控制器在这一点上是相互矛盾的。若优先快速性，就会使得控制结果产生较大超调量，从而使得准确性指标不能令人满意，这是很多工业现场不允许甚至是被杜绝的；若优先准确性，往往会以牺牲更多过渡时间为代价。其二，PID控制器抗扰动性能比较差。当被控对象被外部干扰信号或系统噪声影响的时候，PID控制器的抵抗系统不确定因素的能力就比较差，就需要重新调节PID控制器的参数。因此，PID控制器已经越来越不能满足现代化工业控制的需求。此外，PID调节控制器对模型的精确程度要求较高，鲁棒性能差，不能很好地消除模型不确定性和外部扰动带来的影响。

为了消除不确定性和扰动带来的影响，提高系统的控制性能，国内外学者进行了大量的研究工作。意大利学者Tornambe提出了一种基于积分器补偿被控对象不确定性和扰动的Tornambe非线性鲁棒控制器。这种非线性鲁棒控制器在获得较好的整定参数情况下，可以使被控对象获得较好的控制性能，并有严格的理论证明来保证其稳定性，具有很强的抗扰动能力和自适应能力。

然而，这种Tornambe型非线性鲁棒控制器的待整定参数与被控对象的输入输出相对阶r有关，也就是说，当被控对象越复杂，输入输出相对阶r越高，Tornambe型非线性鲁棒控制器的待整定参数也就越多，导致响应速度慢，从而限制了Tornambe型非线性鲁棒控制器在实际工业控制中的应用，也不便于工业控制的设计实现。

发明内容

基于此，有必要针对现有Tornambe型非线性鲁棒控制器响应速度慢的问题，提供一种Tornambe型非线性鲁棒控制器的参数整定方法、一种Tornambe型非线性鲁棒控制器的参数整定系统以及一种Tornambe型非线性鲁棒控制器，以提高Tornambe型非线性鲁棒控制器的响应速度，使得Tornambe型非线性鲁棒控制器能够应用在实际工业控制中，便于工业控制的设计实现。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种Tornambe型非线性鲁棒控制器的参数整定方法，包括步骤：

设定Tornambe型非线性鲁棒控制器的待整定参数初始值，其中，除了第一个待整定参数k₀、最后一个待整定参数k_r-1之外的其他待整定参数的值为0；

对被控对象进行控制操作，判断被控对象的输出是否稳定；

若被控对象的输出不稳定，保持最后一个待整定参数k_r-1之外的其他待整定参数不变，在第一设定范围内调整最后一个待整定参数k_r-1，并返回对被控对象进行控制操作的步骤，直至被控对象的输出稳定；

判断被控对象输出响应的超调量是否在预设超调量预期范围内；

若否，保持第一个待整定参数k₀之外的其他待整定参数不变，在第二设定范围内调整第一个待整定参数k₀，对被控对象进行控制操作，返回判断被控对象输出响应的超调量是否在预设超调量预期范围内的步骤，直至调整后的待整定参数使得被控对象输出响应的超调量在预设超调量预期范围内；

判断被控对象的性能指标是否符合预设预期性能指标值，若否，返回设定Tornambe型非线性鲁棒控制器的待整定参数初始值的步骤，直至被控对象的性能指标符合预设预期性能指标值。

一种Tornambe型非线性鲁棒控制器，包括：非线性组合模块、积分器、线性组合模块、预期动态模块以及加法器，非线性组合模块的输入端接入被控对象测量值、Tornambe型非线性鲁棒控制器输出的控制量，非线性组合模块的输出端与积分器的输入端连接，线性组合模块的输入端接入被控对象测量值以及积分器输出值，预期动态模块的输入端接入被控对象测量值，线性组合模块的输出端、预期动态模块的输出端与加法器的输入端连接，加法器的输出端输出所述控制量。