[发明专利]一种改进型自抗扰控制器

权利要求书

1.一种改进型自抗扰控制器，其特征在于，具体包括跟踪微分器TrackingDifferentiator，变增益微分器Exchange-High Order Differentiator，非线性状态误差反馈控制律Nonlinear State Error Feedback；

所述跟踪微分器根据控制系统的承受能力对输入信号进行过渡，并且产生输入信号的微分信号；

跟踪微分器TD能够平缓跟踪输入信号，减小超调和加快控制速度，并且输出其微分信号用于反馈控制，具体函数如下：

式中，v(k)为被控系统k时刻的输入信号；v₁和v₂为跟踪微分器输出信号，输出信号v₂为v₁的微分信号，用于反馈控制；h为采样步长；最速控制函数fh控制跟踪微分器跟踪快慢和滤噪效果；

所述最速控制函数fh的表达式为：

参数r₀用于调节跟踪微分器的跟踪速度；r₀的值越大，跟踪速度越快；参数h₀用于滤除输入信号的噪声；h₀的值越大，滤噪效果越明显；

所述变增益微分器EHOD对系统的各阶状态量进行观测；

变增益微分器EHOD能够根据被控系统输出信号对系统的状态量进行观测和估计，输出被控系统的各阶状态信号和扰动信号用于控制和补偿，具体函数如下：

其中：y为被控系统的输出信号；z₁、z₂和z₃为变增益微分器的输出信号，z₁跟踪被控系统输出信号y，z₂为被控系统输出y的微分信号，z₃为所观测估计的系统总扰动信号；e为变增益微分器观测信号与被控系统输出信号的误差；a_i为正系数，i＝1，2，3；

参数1/ε称为增益；当增益足够高时，变增益微分器的输出观测估计值接近于实际值，即：

参数1/ε根据所设定噪声容忍度进行变换，采用的变换控制函数为：

ε＝ε′+a·tanh[b·(d-e)] (5)

式中，ε′为定值增益常数，a和b为待调参数，d为所选定的噪声容忍度；

函数a·tanh[b·(d-e)]为控制增益的大小，在观测误差小时可减小增益以降低噪声影响，在观测误差大时可增大增益以降低观测误差；参数a控制变增益的增量大小，参数b控制变增益的增益变化率，选择为0～1之间的数；

最后将跟踪微分器的微分信号和变增益微分器的观测信号通过非线性误差反馈控制律得出系统的控制信号补偿系统扰动和提高控制性能；

所述非线性误差反馈控制律NLSEF采用跟踪微分器TD和变增益微分器EHOD的输出信号共同形成组合控制律，输出系统控制信号补偿系统扰动和提高控制性能，具体函数如下：

式中，u为加入扰动补偿的控制信号，u₀为未加扰动补偿的控制信号，e₁和e₂为TD和EHOD输出信号之差，即误差反馈信号；参数β₁和β₂为增益系数，参数b₀为补偿因子；

式中非线性函数fal(e，a，δ)表达式为：

其中，非线性函数fal(e，a，δ)形成非线性控制组合，待调整参数a₁和a₂调节非线性函数的非线性率，δ调节非线性函数的非线性区间大小，取值为0＜a₁＜1＜a₂，δ＞0，a为待调参数。