[发明专利]一种时滞系统的自抗扰控制系统的设计及整定方法

说明书

技术领域

本发明属于工业过程控制技术领域，具体涉及一种时滞系统的自抗扰控制系统的设计及整定方法。

背景技术

化工、炼油、冶金、电站、制药和造纸等工业生产过程及其它实际系统广泛存在着时滞现象，如状态时滞、输入时滞、传输时滞或输出测量时滞、容积时滞等。由于时滞的存在，使得被控量不能及时反映系统所承受的扰动，产生明显的超调和较长的调节时间，甚至造成系统的不稳定。因此，时滞系统(time delay systems，TDS)被公认为较难控制的系统。

对时滞系统的研究一直是控制理论界关注的热点之一，国内外学者提出了许多克服时滞影响的控制方案。然而面对日益复杂的系统，如具有大时滞、非线性、时变、随机不确定性、多变量耦合等特征，很难建立精确的数学模型，限制了现有的控制理论在实际系统中的应用，因此，在实际中不依赖于模型的PID控制仍然占据主导地位。但随着科学技术的飞速发展,PID控制已经难以满足高精度、高速度以及环境变化适应能力的要求。

韩京清先生在发扬PID控制的技术精髓——“基于误差来消除误差”，并吸取现代控制理论成就的基础上，于1998年正式提出的自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)思想，是一种可以解决具有大范围及复杂结构(非线性、时变、耦合等)不确定系统控制问题的有效方法(Han JQ.From PID to active disturbance rejection control.IEEE Transactions on Industrial Electronics.2009,56(3):900-906.)。其核心思想是以简单的“积分器串联型”作为反馈系统的标准型，把系统动态中异于标准型的部分视为“总扰动”(包括内扰和外扰)，对“总扰动”进行估计，并主动补偿“总扰动”对系统的影响，从而把充满扰动、不确定性和非线性的被控对象线性化为标准型，使得控制系统的设计从复杂到简单、从抽象到直观(黄一，薛文超.自抗扰控制：思想、应用及理论分析.系统科学与数学，2012，32(10)：1287-1307.)。

ADRC技术主要包括：跟踪微分器(tracking differentiator，TD)、扩张状态观测器(extended state observer，ESO)、状态误差反馈(state error feedback，SEF)控制律等(韩京清.自抗扰控制技术—–估计补偿不确定因素的控制技术.北京：国防工业出版社，2008.)。由于这几个部分的选取方法可以有很多不同形式，因此在这个统一的结构框架下，根据不同对象的需求，可以构造出上百种不同的ADRC。