[发明专利]一种基于迭代反馈整定的UDE控制系统设计方法

说明书

本发明公开了一种基于迭代反馈整定的UDE控制系统设计方法，首先将UDE控制系统各模块传递函数归一化，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；推导出系统鲁棒指标M_st与控制器归一化参数χ和归一化时间滞后的经验公式；利用迭代反馈整定算法优化对象名义模型使其能够描述实际对象；根据已知对象名义模型计算归一化时间滞后结合给定鲁棒指标M_st计算控制器归一化参数χ，权衡系统鲁棒性和响应速度确定参考模型参数，完成UDE控制系统的设计。本发明首次将迭代反馈整定方法用于UDE控制系统的设计，只需完成特定的闭环实验就可同时完成模型参数辨识与控制器参数整定，同时满足鲁棒性、设定值跟踪性能和扰动抑制性能的要求。

技术领域

本发明涉及工业过程控制技术领域，尤其是一种基于迭代反馈整定的UDE控制系统设计方法。

背景技术

大型工业过程控制中由于存在未建模动态、参数变化以及各类未知扰动，通常无法获得良好的控制效果。为解决这一问题，钟庆昌于2004年提出不确定扰动估计控制器，其主要思想是将模型不确定性和外部扰动处理成一个扰动集总项，利用一个具有合理带宽的滤波器估计并同时消除该扰动集总项。由于UDE控制具有低阶次、二自由度、设计简单等特性，其在鲁棒性提升和扰动抑制等方面显示出了广阔的发展前景。但是这种原始的UDE设计在处理带有时间滞后的工业过程时性能明显下降，基于此，有人修正了原有的UDE控制，提出了适用于时滞系统的修正不确定扰动估计控制，使UDE控制得到更广泛的应用。然而，从现场得到被控过程的准确模型一般是十分艰难且费时费力的。因此，本发明考虑在过程模型未知的情况下，采用数据驱动的方法来进行模型辨识及控制系统的设计。

数据驱动控制的研究也是当今新兴的一个热点，现有的数据驱动控制主要有迭代反馈整定(Iterative feedback tuning，IFT)方法，虚拟参考反馈整定方法(Virtualreference feedback tuning，VRFT)，基于相关性的整定(correlation-based tuning，CBT)方法。其中，IFT方法是直接最小化闭环输出和期望输出的差值优化模型参数，设计最为简单。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于迭代反馈整定的UDE控制系统设计方法，能够在完成特定的闭环实验的情况下同时完成模型参数辨识与控制器参数整定。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于迭代反馈整定的UDE控制系统设计方法，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M_st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M_st计算得到控制器参数，完成UDE控制系统的设计。

优选的，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IAE_sp和系统在单位输入阶跃扰动下的积分绝对误差值IAE_ld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，T_f＝λτ，其中T_f是滤波器系数，K_e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