[发明专利]用于pH中和过程的自抗扰控制参数整定方法

权利要求书

1.用于pH中和过程的自抗扰控制参数整定方法，其特征在于，所述参数整定方法，包括：

建立初始自抗扰控制器结构，得到与初始自抗扰控制器结构对应的闭环传递函数表达式，基于闭环系统快速收敛条件对闭环传递函数表达式进行形式变换，确定待整定参数；

在确保自抗扰控制器对应控制系统的响应速度和稳定性的基础上，逐个对待整定参数进行整定处理，确定自抗扰控制器中每个待整定参数的计算方式；

基于电荷及碳化物离子平衡原理建立pH中和模型，结合以确定的自抗扰控制器中每个待整定参数的计算方式对pH中和过程自抗扰控制器的参数进行调整；

其中，所述待整定参数包括增益值、控制带宽和观测带宽。

2.根据权利要求1所述的用于pH中和过程的自抗扰控制参数整定方法，其特征在于，所述建立初始自抗扰控制器结构，得到与初始自抗扰控制器结构对应的闭环传递函数表达式，基于闭环系统快速收敛条件对闭环传递函数表达式进行形式变换，确定待整定参数包括：

建立包括跟踪微分器和扩张状态观测器的自抗扰控制器结构，基于自抗扰控制器结构中的控制量和输出量确定扩展状态观测器的初始函数表达式；

基于自抗扰控制器的工作原理对扩张状态观测器的初始函数表达式进行推导，得到扩张状态观测器更新表达式；

根据自抗扰控制器结构确定闭环函数表达式，在闭环系统快速收敛条件下对闭环函数表达式进行改写后，得到待整定参数。

3.根据权利要求2所述的用于pH中和过程的自抗扰控制参数整定方法，其特征在于，所述建立包括跟踪微分器和扩张状态观测器的自抗扰控制器结构模型，基于自抗扰控制器结构中的控制量和输出量确定扩张状态观测器的函数表达式，包括：

扩张状态观测器的函数表达式如公式(1.1)所示

式中，β₁、β₂和β₃表示扩张状态观测器中的观测器参数，z₁,z₂,z₃为扩张状态观测器的状态量，u为系统控制信号和系统的输出y，b₀为增益值。

4.根据权利要求2所述的用于pH中和过程的自抗扰控制参数整定方法，其特征在于，所述基于自抗扰控制器的工作原理对扩张状态观测器的初始函数表达式进行推导，得到扩张状态观测器更新表达式，包括：

基于公式(1.1)对应的扩张状态检测器，当自抗扰控制器结构模型对应的控制系统中被控对象为一阶纯滞后模型时，定义为系统受到的总扰动的f、增益值b₀的表达式分别为公式(1.2)、公式(1.3)所示

根据公式(1.2)和(1.3)得到

将公式(1.4)改写为公式(1.5)所示的状态空间表达式形式

在公式(1.5)基础上引入u₀＝f+b₀u得到如公式(1.6)所示的扩展状态方程

确定自抗扰控制器的控制率表达式

u₀＝k_p(r-z₁)-k_dz₂ 公式(1.7)

u＝(u₀-z₃)/b₀ 公式(1.8)

当扩展状态观测器被正确整定时，将公式(1.7)和(1.8)代入公式(1.4)中，得到

将公式(1.9)代入(1.7)可以求得系统的期望闭环动态特征方程，对闭环动态特征方程进行Laplace变换可以得到系统预期方程的传递函数表达式

基于初始自抗扰控制器结构模型，得到扩展状态观测器方程

令公式(1.6)与公式(1.11)作差，得到误差方程表达式

其中，L是观测器的增益向量，

得到系统的特征方程：

根据特征方程调节观测器的三个参数，就可以设计出相对应的自抗扰控制器扩展状态观测器。