[发明专利]一种基于迭代反馈整定的UDE控制系统设计方法有效

专利信息
申请号: 201711213802.0 申请日: 2017-11-28
公开(公告)号: CN108132599B 公开(公告)日: 2021-06-01
发明(设计)人: 张怡;沈炯;孙立 申请(专利权)人: 东南大学
主分类号: G05B13/04 分类号: G05B13/04
代理公司: 南京苏高专利商标事务所(普通合伙) 32204 代理人: 王安琪
地址: 211189 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 反馈 ude 控制系统 设计 方法
【权利要求书】:

1.一种基于迭代反馈整定的UDE控制系统设计方法,其特征在于,包括如下步骤:

(1)将UDE控制系统各传递函数归一化,综合考虑闭环带宽和扰动阶跃变化时的积分绝对误差值最小目标确定滤波器参数;

(2)拟合出系统鲁棒指标Mst与控制器归一化参数χ和归一化时间滞后的经验公式;

(3)对独立UDE控制结构,做3个IFT迭代实验,根据实验记录的相关信号,利用IFT算法优化对象名义模型,更新参数向量,直至参数向量不再明显地变化,则算法停止,否则继续步骤(3);

(4)根据优化得到的对象名义模型,选择参考模型参数,再根据经验公式结合给定鲁棒指标Mst计算得到控制器参数,完成UDE控制系统的设计。

2.如权利要求1所述的基于迭代反馈整定的UDE控制系统设计方法,其特征在于,步骤(1)中,采用系统在单位设定值阶跃下的积分绝对误差值IAEsp和系统在单位输入阶跃扰动下的积分绝对误差值IAEld分别作为系统的设定值跟踪性能指标和扰动抑制性能指标,积分绝对误差定义为:首先进行传递函数的归一化,令s'=τs,Tf=λτ,其中Tf是滤波器系数,Ke是误差反馈增益,是归一化时间滞后,被控对象名义模型为名义情况下,系统输出为c为期望输出,Tm为参考模型跟踪时间常数,设定值跟踪性能指标IAEsp/τ只与有关,扰动抑制性能指标值IAEld/k/τ与χ、λ、有关。

3.如权利要求2所述的基于迭代反馈整定的UDE控制系统设计方法,其特征在于,综合考虑闭环带宽和扰动阶跃变化时的积分绝对误差值最小目标,选择滤波器归一化参数λ为1;兼顾鲁棒性和输出性能考虑,选择Tm=τ。

4.如权利要求1所述的基于迭代反馈整定的UDE控制系统设计方法,其特征在于,步骤(2)中,系统鲁棒指标Mst与控制器归一化参数χ和归一化时间滞后的经验公式推导过程具体步骤如下:系统灵敏度函数S(s),补充灵敏度函数T(s)分别为

选取鲁棒指标为系统的鲁棒性只由λ,χ决定;选定λ=1后系统Mst只与控制器归一化参数χ和归一化时间滞后相关;通过改变χ和计算对应的Mst值,再利用曲线拟合技术,得到系统鲁棒指标Mst与参数χ和的关系式。

5.如权利要求4所述基于迭代反馈整定的UDE控制系统设计方法,其特征在于,控制器归一化参数χ与鲁棒指标Mst和归一化时间滞后的关系式为:

其中,

6.如权利要求1所述的基于迭代反馈整定的UDE控制系统设计方法,其特征在于,步骤(3)中,利用IFT算法优化对象名义模型具体步骤如下:

(31)设定初始参数向量ρ0=[k0 T0 τ0]T,综合考虑闭环带宽和扰动阶跃变化时的积分绝对误差值最小目标,选择合适的滤波器参数λ;

(32)对独立UDE控制结构,做三次IFT实验,分别记录三次实验的输出量信号和控制量信号(yi1,ui1),(yi2,ui2),(yi3,ui3);

(33)计算和以及

其中为滤波器传递函数,为对象名义模型中非延迟部分,yr为期望输出;

(34)计算Ri

根据随机优化算法,参数更新规则如下:

其中控制目标函数梯度可由梯度的无偏估计代替,子下标i表示迭代次数,γi是迭代步长;

(35)如果参数向量不再明显地变化,则算法停止,否则回到步骤(32)。

7.如权利要求1所述的基于迭代反馈整定的UDE控制系统设计方法,其特征在于,步骤(3)中,3个IFT迭代实验具体实现步骤如下:

(a)确定输入信号ri1',作为UDE的输入,收集输入信号ui1和输出信号yi1

(b)使用yi1作为UDE的输入,即ri2'=yi1,收集本次实验输入信号ui2和输出信号yi2

(c)使用ui1作为输入,即ri3'=ui1,收集本次实验输入信号ui3和输出信号yi3

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