[发明专利]一种获取伪二阶惯性环节的滤波方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及过程控制领域，特别是涉及一种获取伪二阶惯性环节的滤波方法和装置。

背景技术

在过程控制实践中，跨阶控制是普遍存在的，例如将低阶控制器用于高阶对象的控制。PID(Proportion integration differentiation)控制器属于一种二阶控制器，PID对二阶对象具有良好的控制特性。跨阶控制对PID控制是可行的。

将PID用于高阶(大于二阶)对象的控制，可通过参数降阶处理，将高阶对象参数转换为二阶对象参数，可获得良好的跨阶控制特性。但是将自抗扰控制器ADRC(Active disturbance rejection controller)用于跨阶控制，存在抗扰性能下降的问题。将一阶ADRC用于高阶对象控制的抗扰性能将有较大程度的下降，这不是一个通过对象参数降阶处理就能够较好解决的问题。原因是：理论上，ADRC的阶数需要与控制对象的阶数相对应，ADRC在阶内具有优良的抗扰控制性能，但跨阶控制的抗扰性能有较大程度的下降，这是事物的矛盾性所决定的简单道理。对于高阶对象的ADRC控制，直接的解决方法就是增加ADRC的阶数，但是随着ADRC阶数的增加，ADRC的结构也更加趋于复杂化，构造三阶以上ADRC就相当复杂了，通常ADRC的阶数被限制在三阶以内。因此，对自抗扰控制器的跨阶控制理论研究还有更多值得探讨。如果将二阶线性自抗扰控制器用于大于二阶惯性对象控制，较好的方法就是将大于二阶惯性对象变换为伪二阶惯性环节。

发明内容

本发明提供了一种获取伪二阶惯性环节的滤波方法和装置，解决了将二阶自抗扰控制器用于跨阶控制时存在抗扰性能下降的技术问题，

本发明实施例提供的一种获取伪二阶惯性环节的滤波方法包括步骤：

S1：通过模型辨识获取惯性对象的预设数惯性常数、预设数增益、预设数阶数，所述惯性对象表达为公式：

其中，IO(s)为所述惯性对象的传递函数；T_α为所述惯性对象的预设数惯性常数，单位为s；K_α为所述惯性对象的预设数增益；n为所述惯性对象的预设数阶数，n大于2且小于16；

S2：设置第一惯性滤波器的第一惯性阶数、第一惯性常数、第一增益，所述第一惯性滤波器表达为公式：

其中，IF1(s)为所述第一惯性滤波器的传递函数；n1为所述第一惯性滤波器的第一惯性阶数；T_α1为所述第一惯性滤波器的第一惯性常数，单位为s；K_α1为所述第一惯性滤波器的第一增益；

S3：设置第二惯性滤波器的第二惯性阶数、第二惯性阶数、第二增益，所述第二惯性滤波器表达为公式：

其中，IF2(s)为所述第二惯性滤波器的传递函数；n2为所述第二惯性滤波器的第二惯性阶数；T_α2为所述第二惯性滤波器的第二惯性常数，单位为s；K_α2为所述第二惯性滤波器的第二增益；

S4：设置所述第一惯性阶数等于2、设置所述第二惯性阶数等于所述预设数阶数、设置所述第一惯性常数等于所述预设数惯性常数、设置所述第二惯性常数等于所述预设数惯性常数、设置所述第一增益等于所述预设数增益、设置所述第二增益等于所述预设数增益；

S5：将所述第一惯性滤波器与第二惯性滤波器按所述第一惯性滤波器与所述第二惯性滤波器并联并将所述第一惯性滤波器的输出与所述第二惯性滤波器的输出进行减法运算的方式进行组合，形成组合滤波器，所述组合滤波器表达为公式：

F(s)＝IF1(s)-IF2(s)

其中，F(s)为所述组合滤波器的传递函数；IF1(s)为所述第一惯性滤波器的传递函数；IF2(s)为所述第二惯性滤波器的传递函数；

S6：将惯性对象与组合滤波器进行并联，将惯性对象的输出与外绕传递信号叠加并与组合滤波器的输出进行加法运算获取伪二阶惯性环节，所述伪二阶惯性环节表达为公式：

其中，FOIO(s)为所述伪二阶惯性环节的传递函数；IO(s)为所述惯性对象的传递函数；F(s)为所述组合滤波器的传递函数；T_α为所述预设数惯性常数，单位为s；T_α1为所述第一惯性常数，单位为s；n为所述预设数阶数，n大于2且小于16；n1为所述第一惯性阶数；n2为所述第二惯性阶数；K_α为所述预设数增益；K_α1为所述第一增益；K_α2为所述第二增益；