[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

说明书

本发明提供一种改进的一阶线性自抗扰控制系统及其参数整定方法，该控制系统对于欠阻尼二阶控制对象的控制效果远好于现有一阶线性自抗扰控制系统，接近二阶线性自抗扰控制系统，本发明的控制系统结构相较二阶线性自抗扰控制系统更简单，涉及需要整定的参数数量更少。本发明的参数整定方法具有明确的调试规律和物理意义，更能满足现场控制工程师的调试习惯，避免了通过经验整定公式带来的参数意义和调试过程不明确的问题。

技术领域：

本发明属于自动化技术领域，具体涉及一种改进的一阶线性自抗扰控制器及其参数整定方法。

背景技术：

自抗扰控制技术(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)是由韩京清研究员对经典控制论与现代控制论两方面进行不断的探索深思，运用特殊非线性的作用，提出的新型控制技术，详见参考文献[1]。对于非线性系统(参数时变、强耦合、扰动不确定)有很好的控制效果，但由于自抗扰控制器的结构复杂，且需要整定参数多，难度大等问题，高志强教授提出了线性自抗扰控制器(LADRC)简化了控制器的结构，需要调节的参数减少，将调节参数与控制器和观测器的带宽联系在一起，使物理意义更加明确，对非线性和线性系统都有很好的控制效果。

目前广泛使用的是低阶线性自抗扰控制器，通常是一阶LADRC和二阶LADRC。由于一阶LADRC比二阶LADRC使用更简单，调节参数更少，使用一阶LADRC又比二阶LADRC更广泛，但一阶LADRC对二阶欠阻尼对象控制不好，可以通过根轨迹图判别。从根轨迹图2和图3可以看出，无论如何变化，闭环极点要比开环极点离虚轴更近，说明闭环特性比开环特性慢，大多数情况下超调也大，说明闭环达不到理想响应。这就是一阶LADRC的致命缺点，对二阶欠阻尼对象控制不好。所以有必要对一阶LADRC改进，以适应不同对象。

发明内容：

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种改进的一阶线性自抗扰控制系统，本发明的另一目的是提供一种改进的一阶线性自抗扰控制系统的参数整定方法；

本发明的技术方案如下：

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，

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。

优选地，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，ξ＜1

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，ξ为被控对象的阻尼系数，ξ1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。