[发明专利]一种具有无扰切换功能的位置型自抗扰控制方法

摘要

一种具有无扰切换功能的位置型自抗扰控制方法，属于工业自动化技术领域。该方法包括：自抗扰控制器非跟踪状态的判断，控制器阶数选择；根据非跟踪状态变量值和控制器阶数，分别通过不同计算方式更新控制器内部变量以及控制器输出，并通过手操器的选择判断进行相应控制量与系统其他变量的对接。本发明所设计的位置型自抗扰控制方法可以实现ADRC/PID/MAN三种模式切换过程中平稳过渡，不会对被控过程造成额外扰动和冲击，仿真结果表明该位置型自抗扰控制方法在过程控制应用的有效性和可实现性。

主权项

1.一种具有无扰切换功能的位置型自抗扰控制方法，其特征在于该方法包括如下步骤：1）将上一时刻被控过程的实际控制量赋值给变量u_ini；2）将被控过程的“自动”状态变量SA与“自抗扰控制方式”状态变量ADRC_OPT进行求与逻辑，得到自抗扰控制器的“非跟踪”状态变量ADRC_SA；将ADRC_OPT的逆与SA进行求与逻辑，得到PID控制器的“非跟踪”状态变量PID_SA，连接原PID控制器的“非跟踪”状态端口；3）判断ADRC_SA的值：i)若ADRC_SA=0，再判断自抗扰控制器的阶数，当自抗扰控制器阶数ADRC_ord=1，根据下式计算更新自抗扰控制器中扩张状态观测器的变量z₁和z₂：z1(k)=y(k)z2(k)=-b0uini---(1)]]>其中，k表示当前计算步序，b₀为控制律系数，y为被控过程变量，该变量值根据过程输出变量PV更新，即y(k)=PV(k)；当ADRC_ord=2，根据下式计算更新自抗扰控制器中扩张状态观测器的变量z₁、z₂和z₃：z1(k)=y(k)z2(k)=0z3(k)=-b0uini---(2)]]>ii)若ADRC_SA=1，再判断自抗扰控制器的阶数，当ADRC_ord=1，根据下式更新自抗扰控制器中扩张状态观测器的变量z₁和z₂：z1(k)=z1(k-1)+h{z2(k-1)+β1[y(k-1)-z1(k-1)]+b0u(k-1)}z2(k)=z2(k-1)+h{β2[y(k-1)-z1(k-1)]}---(3)]]>其中，u为自抗扰控制器的控制变量输出，β₁、β₂为观测器系数，h为计算步长；当ADRC_ord=2，根据下式更新自抗扰控制器中扩张状态观测器的变量z₁、z₂和z₃：z1(k)=z1(k-1)+h{z2(k-1)+β1[y(k-1)-z1(k-1)]}z2(k)=z2(k-1)+h{z3(k-1)+β2[y(k-1)-z1(k-1)]+b0u(k-1)}z3(k)=z3(k-1)+h{β3[y(k-1)-z1(k-1)]}---(4)]]>其中，β₃为观测器系数；4）根据控制器阶数计算自抗扰控制器的输出:i)当ADRC_ord=1时，根据下式更新自抗扰控制器的控制量输出：u(k)=kp[r(k)-z1(k)]-z2(k)b0---(5)]]>其中，k_p为控制律系数，r为设定值输入，与被控过程当前设定值SP相连，即：r(k)=SP(k)；若SA=0，则SP始终跟踪y，即SP(k)=y(k)，若SA=1，则SP每时刻均更新为操作员当前设置的设定值；ii)当ADRC_ord=2时，根据下式更新自抗扰控制器的控制量输出：u(k)=kp[r(k)-z1(k)]-kdz2(k)-z3(k)b0---(6)]]>其中，k_d为控制律系数；5）根据SA的值和ADRC_OPT的值，更新与实际被控过程中的执行机构相连接的手操器输出量：i)若SA=0，则手操器输出为操作员设定值；ii)若SA=1且ADRC_OPT=1，则手操器输出为自抗扰控制器计算输出u(k)，若SA=1且ADRC_OPT=0，则手操器输出为PID控制器的输出；手操器输出最终送入执行机构。