[发明专利]一种具有无扰切换功能的位置型自抗扰控制方法

说明书

技术领域

本发明属于工业自动化领域，尤其是一种具有无扰切换功能的位置型自抗扰控制方法。

背景技术

尽管当前过程控制领域，包括热工控制、化工控制等领域中，仍以PID控制为主，在具体数字控制平台的实现过程中，PID控制均以其鲁棒性强，参数整定容易，易于被工程人员所接受，占有重要地位，但随着工业生产过程的经济性和高效性得以逐渐重视，控制要求也逐渐提高，尤其针对一些更为复杂的高阶、多变量耦合、非线性强、干扰性强的对象，PID控制难以满足要求。自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control，ADRC)思想是中国科学院韩京清教授年提出的一种新型的反馈线性化控制策略。该方法利用扩张状态观测器（Extended State Observer，ESO）实时估计系统内外的干扰，并利用相关的控制律消除，具有不依赖模型并且抗扰能力强的优势，并可以将不同回路之间的耦合以及系统的不确定性因素看做“总扰动”，对此扰动实时估计并补偿，因此该控制器在不确定性强、干扰多、多变量耦合的过程中具有良好的控制效果。基于以上特点，自抗扰控制为工业控制提供了一种新思路。

但是，在过程控制数字平台中，一种新控制方式的投入可能造成在控制模式切换过程给系统带来额外冲击和扰动。因此必须考虑不同控制算法之间的无扰切换问题，这是在过程控制系统的设计过程中的重要安全性问题。到目前为止，针对自抗扰控制器的无扰切换问题研究较少，若在实际工业应用过程中，仅直接采用基本控制算法实现自抗扰控制，不考虑无扰切换的问题，就无法在控制模式切换过程中使得控制量平稳过渡，不利于系统的安全性，因此有必要针对该问题进行研究和探讨。

发明内容

本发明的目的是为了设计一种具有无扰切换功能的位置型自抗扰控制方法，在控制模式切换过程中使得控制量平稳过渡，提高自抗扰控制方法投入系统时的安全性，为自抗扰控制方法在过程控制领域中的应用进一步奠定基础。

本发明的技术方案如下：

1、一种具有无扰切换功能的位置型自抗扰控制方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1）将上一时刻被控过程的实际控制量赋值给变量u_ini；

2）将被控过程的“自动”状态变量SA与“自抗扰控制方式”状态变量ADRC_OPT进行求与逻辑，得到自抗扰控制器的“非跟踪”状态变量ADRC_SA；将ADRC_OPT的逆与SA进行求与逻辑，得到PID控制器的“非跟踪”状态变量PID_SA，连接原PID控制器的“非跟踪”状态端口；

3）判断ADRC_SA的值：

i)若ADRC_SA=0，再判断自抗扰控制器的阶数，当自抗扰控制器阶数ADRC_ord=1，根据下式计算更新自抗扰控制器中扩张状态观测器的变量z₁和z₂：

z1(k)=y(k)z2(k)=-b0uini---(1)]]>

其中，k表示当前计算步序，b₀为控制律系数，y为被控过程变量，该变量值根据过程输出变量PV更新，即y(k)=PV(k)；当ADRC_ord=2，根据下式计算更新自抗扰控制器中扩张状态观测器的变量z₁、z₂和z₃：