[发明专利]一种时滞系统的自抗扰控制系统的设计及整定方法

摘要

本发明具体涉及一种时滞系统的自抗扰控制系统的设计及整定方法。该方法基于自抗扰技术，首先将复杂的被控对象拟合成一阶惯性环节加纯时滞数学模型，同时将时滞归结为扰动量，应用时滞降价线性扩张状态观测器对含有时滞的未知总扰动进行估计，并主动补偿总扰动对系统的影响，从而把时滞系统还原为ADRC标准的“积分器串联型”，实现时滞系统的补偿。最后推导了系统的闭环传递函数，消除了特征方程中的纯时滞环节，相应给出了具有普适性的ADRC单参数整定公式及可调参数之间的数值关系。仿真结果验证了所设计的实用ADRC具有较好的稳定性、快速性、准确性和抗扰性。

主权项

一种时滞系统的自抗扰控制系统的设计及整定方法，其特征在于，首先将复杂的被控对象拟合成一阶惯性环节加纯时滞数学模型，同时将时滞归结为扰动量，应用时滞降阶线性扩张状态观测器对含有时滞的未知总扰动进行估计，并主动补偿总扰动对系统的影响，从而把时滞系统还原为ADRC标准的“积分器串联型”，实现时滞系统的补偿，设计及整定方法的具体步骤为：A）将复杂的被控对象拟合成一阶惯性环节加纯时滞数学模型，式中Y（s）和U（s）分别为输出和控制量的拉普拉斯变换，、和分别为稳态增益、时间常数和纯时滞；B）创建ADRC结构，所述ADRC结构由时滞RLESO、控制律及扰动补偿组成；C）创建时滞总扰动；所述步骤C）中的时滞总扰动基于建立，其中，，、和为不确定量，为未知或不可测扰动，补偿因子为的粗略估计值，可调参数；D）创建时滞RLESO；所述时滞RLESO基于以下公式建立：式中，为扩张状态观测量，是含有时滞的未知总扰动状态的估计值；为引入的中间变量；观测器的带宽，可调参数，决定观测器的收敛程度；为有效观测时滞状态引入的输入时滞，比控制输入量滞后一定的时间；为实际时滞的估计值；适当选取参数和，使得时滞RLESO在一定范围内有足够的响应速度，就可以一定精度估计出含有时滞的状态，即；E）建立控制律及扰动补偿，其特征在于，建立时滞RLESO的传递函数、控制量等效表达式及系统等价的开环及闭环传递函数，最后消除了闭环系统特征方程中的纯时滞环节，实现建立ADRC单参数整定方法的公式及可调参数之间的数值关系公式，系统的闭环传递函数最终等效为一阶惯性加纯时滞环节；当，所述ADRC的单参数整定方法基于以下公式建立：；其中，为控制律的带宽，可调参数；对于不同的被控对象，根据时滞大小、系统指标要求、阶跃响应曲线及扰动跟踪情况，通过在线整定唯一的参数来协调整定，以达到满意的控制效果，越大，系统的调节时间越快，因此称为快速因子；所述时滞RLESO的传递函数基于以下公式建立：。