[发明专利]改进的一阶线性自抗扰控制系统及其参数整定方法

权利要求书

1.一种改进的一阶线性自抗扰控制系统，包括被控对象和自抗扰控制器，所述自抗扰控制器包括扩张状态观测器和线性误差反馈控制律，其特征在于：

扩张状态观测器的输出为z_i，i＝1，2；

设定值v₀与扩张状态观测器的输出z₁做减法比较后作为所述线性误差反馈控制律的输入；

线性误差反馈控制律的输出u₀与扩张状态观测器的输出z₂，做减法比较后经1/b₀倍增益，得到中间控制量该中间控制量分两路，一路经b₀×G₁倍增益作为所述扩张状态观测器的第一输入信号；另一路经k_b倍增益后作为被控对象的输入u；被控对象的输出y作为所述扩张状态观测器的第二输入信号；

其中，b₀为控制量增益的粗调补偿因子；G₁为补偿参考模型；k_b为控制量增益的细调补偿因子。

2.根据权利要求1所述的改进的一阶线性自抗扰控制系统，其特征在于：所述被控对象为二阶欠阻尼延迟的线性对象，表达式为：

其中，

设则

式中，y为被控对象的输出；u为被控对象的输入；T为被控对象的惯性时间常数，ζ为被控对象的阻尼系数，ξ＜1为欠阻尼，K为被控对象的稳态增益，ω_n为被控对象的振荡频率，τ为被控对象的延迟时间，b为被控对象的控制量增益；b₀为控制量增益的粗调补偿因子；为中间控制量，是修正后的对象传递函数。

3.根据权利要求2所述的改进的一阶线性自抗扰控制系统，其特征在于：所述扩张状态观测器为二阶扩张状态观测器，针对修正后的对象传递函数构造扩张状态观测器，表达式为：

其中ω_o为扩张状态观测器的带宽，ζ为扩张状态观测器的阻尼系数，ζ的取值范围为(0，1]；优选的ζ的取值范围为更优选的ζ取1。

式中，z_i为扩张状态观测器的输出，i＝1，2；β_i为扩张状态观测器的参数，i＝1，2，

4.根据权利要求3所述的改进的一阶线性自抗扰控制系统，其特征在于：补偿参考模型G₁为一阶惯性系统T₁为补偿参考模型的时间参数，T₁＝a/ω_c，ω_c为线性误差反馈控制律的带宽，a的取值范围[0.5，2]，优选的a＝1。

5.根据权利要求3所述的改进的一阶线性自抗扰控制系统，其特征在于：补偿参考模型G1为二阶惯性系统，T₁为补偿参考模型的时间参数，T₁＝a/ω_c，ω_c为线性误差反馈控制律的带宽，a的取值范围[0.5，2]；ξ₁为补偿参考模型的阻尼比，ξ₁的范围在优选的a＝1，ξ₁＝0.85。

6.根据权利要求4或5所述的改进的一阶线性自抗扰控制系统，其特征在于：所述线性误差反馈控制律表达式为：u₀＝k_p(v₀-z₁)

式中，v₀为设定值；k_p为线性误差反馈控制律的参数，k_p＝ω_c。

7.根据权利要求4或5所述的改进的一阶线性自抗扰控制系统，其特征在于：所述所述自抗扰控制器的自抗扰扰动补偿律，表达式为：

式中，u₀为线性误差反馈控制律的输出，扩张状态观测器的输出z₂即为线性自抗扰控制器获得的实时总扰动，b₀是扩张状态观测器的参数，即控制量增益的粗调补偿因子，k_b为控制量增益的细调补偿因子。