[发明专利]一种用于线性自抗扰控制器LADRC参数的鲁棒整定方法

说明书

本发明涉及控制技术领域，提供了一种用于线性自抗扰控制器LADRC参数的鲁棒整定方法，该方法采用二阶LADRC控制器，针对一阶惯性加延迟FOPDT模型，通过数值仿真得到符合鲁棒性能约束的控制器参数b、ω_c和ω_o的整定公式并将该方法推广到一般工业被控对象。采用本发明整定的LADRC控制器可以获得较好的控制性能，鲁棒度高，抗干扰性较好，且提供了可调因子，可以根据不同对象控制性能的要求来进行微调，模型的适应能力较强，可操作性好。

技术领域

本发明涉及控制技术领域，特别涉及一种用于线性自抗扰控制器LADRC参数的鲁棒整定方法。

背景技术

自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control，简称ADRC)思想出现在1995年前后，由我国学者韩京清首次提出。在分析PID的基础上，韩京清提出了非线性PID的概念，随后总结发展出自抗扰控制技术。其核心思想是将系统内部不确定因素和外部干扰看成总的干扰，并通过扩张状态观测器(Extended State Observer，简称ESO)将系统状态和总的干扰一同估计，然后将干扰在控制律中加以补偿，从而将系统转化为积分串联型对象，通过反馈控制实现跟踪和抗扰目标。早期的ADRC采用非线性控制策略，参数较多，理论证明也较为困难。高志强等人在ADRC基础上引入带宽概念，将ESO和反馈控制进行线性化处理，可以得到线性自抗扰控制(Linear ADRC，简称LADRC)结构，简化了LADRC的整定过程，将自抗扰控制器参数简化成了控制器带宽和观测器带宽的函数，由此也衍生出了一些基于带宽的参数整定方法，如：李东海等人提出一种利用闭环系统时域响应调整时间进行参数整定的方法；谭文等人分析得到了LADRC与IMC之间等价关系，同时提出一种利用高阶控制器通过频域近似得到LADRC参数的整定方法。尽管如此，这些方法在应用过程中还是有一个或两个参数需靠经验选取，不便于工程实现。同时选取LADRC控制器时应考虑以下两个问题：

1)LADRC控制器阶数。实际工业过程对象往往阶数较高，如果以对象相对阶数为标准设计控制器，会导致控制器阶数较高且设计复杂，不便于工程实现，同时，对象准确的相对阶数是难以确定的，所以在控制器设计时可以考虑采用固定阶数的低阶控制器。

2)对象增益b。通过低阶LADRC控制高阶系统使其稳定时要求b相对较大，此时b失去了其原始对象高频增益的物理意义，变成了额外的整定参数，一般按照经验选取。

工业过程控制中常用的PID控制器有针对一阶惯性加迟延(First order plusdead time,简称FOPDT)对象模型得到效果比较满意的整定公式，如常见的Z-N法、IMC法、SIMC法和AMIGO法，而目前LADRC还缺乏一种利用对象模型直接进行控制器参数整定并且鲁棒性能有明确要求的方法。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种用于线性自抗扰控制器LADRC参数的鲁棒整定方法，可获得较好的控制性能，鲁棒性高，可操作性好。

本发明的技术方案如下：

一种用于线性自抗扰控制器(LADRC)参数的鲁棒整定方法，其特征在于，该方法采用二阶LADRC控制器，针对一阶惯性加迟延(FOPDT)模型，通过数值仿真得到符合鲁棒性能约束的控制器参数b、ω_c和ω_o的整定公式，其中b、ω_c和ω_o分别为：提取的对象高频增益、控制律带宽和观测器带宽。进一步的，所述方法具体步骤为：

S1：给出典型的二阶LADRC控制器结构以及确定所需整定的参数；

S2：通过对基于LADRC的闭环系统稳定边界、鲁棒性能和抗干扰指标分析，将参数整定转化为约束优化问题；