[发明专利]一种适用于非最小相位系统的自抗扰控制器设计方法

说明书

本发明公开了一种适用于非最小相位系统的自抗扰控制器设计方法，包括如下步骤：1)给出一类稳定非最小相位系统模型G(s)；2)设置闭环参考模型，该闭环参考模型的传递函数H_R(s)；3)以H_R(s)为目标，构建ESO；4)系统总扰动d_K+f的频域估计；5)构建扰动补偿控制率；6)给出稳定性判断条件；7)设计K(s)的参数；8)计算时间常数τ并且在稳定区间τ＜τ＜∞中，选取τ值，实现ESO，并对τ进行调节，实现期望性能。本发明给出了给出了适用于非最小相位系统的自抗扰控制器设计方法，提出了一种新的抗扰控制率，结构简单，易于实现。

技术领域

本发明涉及工业过程控制系统和运动控制系统，属于抗扰控制技术领域，一种适用于非最小相位系统的自抗扰控制器设计方法。

背景技术

在实际的工业生产中，工业系统往往受到多种扰动影响，一种是内部扰动，由物理模型与实际系统的不匹配引起，另一种是外部扰动，主要是外界对控制系统产生的干扰。现代工业生产和制造过程对控制系统的性能和精度要求不断提高。通过设计抗扰控制器，实现无静差调节和跟踪控制，具有重要的作用和意义。

非最小相位系统广泛存在于工业对象中，如机器人柔性结构控制，化工过程的浓度控制，船舶航向控制，飞行器姿态控制等。非最小相位系统的主要特点是具有右半平面的零点，不满足幅频与相频间的一一对应关系，最小相位系统的设计和分析方法不再适用。右半平面的零极点会对系统的稳定性，鲁棒性和动态性能等产生不利影响。所以非最小相位系统的控制比最小相位系统要困难得多。

对于系统的外部扰动和内部不确定性，自抗扰控制(ADRC)是一种有效的控制策略。它的基本思想是将模型的不确定性，外部扰动甚至非线性作为一个总扰动，并由扩张状态观测器进行主动估计和补偿，摆脱了对模型的依赖。自抗扰控制器最初是针对最小相位系统提出的，通过调节两个带宽参数和输入增益参数，实现控制系统的线性化调节，具有鲁棒性强，结构简单，响应速度快，超调量小等特点，大大促进了抗扰控制理论发展与应用。对于非最小相位系统，常规自抗扰控制器容易使系统不稳定，控制器参数与控制性能之间的关系也不够明确，难以在工业控制系统中推广应用。

因此，在本发明中提出一种适用于非最小相位系统的自抗扰控制器，具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种适用于非最小相位系统的自抗扰控制器设计方法，其克服了背景技术中所述的现有技术的不足。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种适用于非最小相位系统的自抗扰控制器设计方法，它包括如下步骤：

1)给出一类稳定非最小相位系统模型G(s)；

2)设置闭环参考模型，该闭环参考模型的传递函数H_R(s)为：

具有前置补偿器K(s)，将增广对象G(s)K(s)表示为闭环参考模型的受扰形式，有：

y^(r)＝-k₀y⁽⁰⁾-k₁y⁽¹⁾-…-k_r-1y^(r-1)+k₀(u_K+d_K+f)；