最速地实现自抗扰反馈控制的方法及其装置

摘要

本发明涉及一种最速地实现自抗扰反馈控制的方法及其装置。对设定值安排目标过渡过程，而这个目标过渡过程是由给定的加速度变化模式来决定的。本装置中含有由被控对象的输入-输出信号来能够实时估计被控对象状态及对系统的所有未知扰动总和作用量的估计器。目标过渡过程与被控对象状态估计值之间误差来计算最速反馈控制量并扰动估计值的补偿来实现自抗扰功能的新型实用控制技术。

主权项

1.一种最速地实现自抗扰反馈控制的方法，该方法中反馈控制量是根据对设定值安排的目标过渡过程与被控对象状态估计值之间的误差，按最速反馈律算出的，自抗扰功能是作用于被控对象的总扰动量的估计与补偿来实现的；其特征在于，该方法还包括：1)记忆装置根据设定值安排的目标过渡过程，包括，在记忆装置中寄存多种加速度变化的模式、上述加速度变化模式经积分决定的目标速度变化模式及再积分上述速度变化模式所得的目标过渡过程模式；2)扩张状态观测过程，将未知扰动和未知动态的实时作用量的总和视作对系统的总扰动作用而表示成新的状态变量作为扩张的状态；然后根据对象的实际输出与其估计值之间误差的折线函数构造能够估计对象状态和扩张状态；所述扩张状态观测过程是以对象输出的估计值与实际输出值之间的误差作为输入，用这个误差的折线函数来构成如下非线性状态观测器，$\left\{\begin{array}{c}ϵ=z_1-y\\ \frac{{\mathrm{dz}}_1}{\mathrm{dt}}=z_2-{\beta }_{01}{g}_1\left(ϵ\right)\\ \frac{{\mathrm{dz}}_2}{\mathrm{dt}}=z_3-{\beta }_{02}{g}_2\left(ϵ\right)+\mathrm{bu}+f_0(z_1,z_2,w_0)\\ \frac{{\mathrm{dz}}_3}{\mathrm{dt}}=-{\beta }_{03}{g}_3\left(ϵ\right)\end{array}\right.$ 该非线性状态观测器用于估计对象状态变量和不确定扰动总和作用，其中的非线性函数gi(ε)取成如下公式：${\mathrm{fpl}}_2(x,d_1,k_1)=\left\{\begin{array}{cc}{k}_{1}x,& \left|x\right|\le d_1\\ ((k_1-k_2)d_1+k_2|x\left|\right)\mathrm{sign}\left(x\right),& \left|x\right|>d_1\end{array}\right.$ 0＜d1＜1，0＜k1，k1d1≤1，$k_2=\frac{1-k_1{d}_1}{1-d_1}$ ${\mathrm{fpl}}_3(x,d_1,d_2,k_1,k_2)$ $=\left\{\begin{array}{cc}{k}_{1}x,& \left|x\right|\le d_1\\ ((k_1-k_2)d_1+k_2|x\left|\right)\mathrm{sign}\left(x\right),& d_1<\left|x\right|\le d_2\\ ((k_1-k_2)d_1+(k_2-k_3)d_2+k_3|x\left|\right)\mathrm{sign}\left(x\right),& d_2<\left|x\right|\end{array}\right.$ 0＜d1＜d2＜1，0＜k2＜k1，(k1-k2)d1+k2d2≤1，$k_3=\frac{1-(k_1-k_2)d_1-k_2{d}_2}{1-d_2}$ 所示折线函数fl2(ε，d，k)或fl3(ε，d1，d2，k1，k2)；β01，β02，β03是可调参数；f0(z1，z2，w0)是对象模型中的已知部分；3)反馈控制量生成过程，根据控制要求和对象的承受能力，从上述目标过渡过程的中取出一种目标过渡过程模式及其变化模式与上述扩张状态观测过程给出的对象状态的估计值之间的误差，按最速反馈律生成反馈控制量；根据扩张状态观测过程给出的被控对象输出估计值与目标过渡过程之间误差及被控对象输出微分的估计值与目标过渡过程微分之间误差，使这两个误差无震荡地都收敛于零的非线性最速反馈控制律为：d＝rh1 d1＝dh1 y＝ε1(t)+h1ε2(t)$a_0=\sqrt{d^2+8r\left|y\right|}$ $a=\left\{\begin{array}{cc}{ϵ}_2\left(t\right)+\frac{y}{h_1},& \left|y\right|\le d_0\\ {ϵ}_2\left(t\right)+\frac{\mathrm{sign}\left(y\right)(a_0-d)}{2},& \left|y\right|>d_0\end{array}\right.$ $\mathrm{fst}({ϵ}_1\left(t\right),{ϵ}_2\left(t\right),r,h_1)=\left\{\begin{array}{cc}-r\frac{a}{d},& \left|a\right|\le d\\ -\mathrm{rsign}\left(a\right),& \left|a\right|>d\end{array}\right.$ u0(t)＝fst(ε1(t)，ε2(t)，r，h1)其中，t-离散时间，ε1(t)-在离散时刻t的误差值，ε2(t)-在离散时刻t的误差微分值，r-与过渡过程加速度有关的参数，y-内部变量，a0-内部变量，sing(y)和sing(a)-分别是y和a的符号(+1或-1)，a-内部变量fst(ε1(t)，ε2(t)，r，h1)-上述非线性最速反馈控制律函数，u0(t)-离散时刻t的反馈控制量；4)最终控制量决定过程，对上述反馈控制量部分补偿上述扩张状态观测过程估计出的总扰动量的估计值，决定最终控制量；对上述反馈控制量补偿扩张状态观测过程估计出的总扰动量的估计值z3(t)，决定出最终控制量：$u\left(t\right)=u_0\left(t\right)-\frac{z_3\left(t\right)}{b_0}$ 其中，t-离散时间；u0(t)-离散时刻t的反馈控制量；b0 是对象控制量放大系数b的估计值；u(t)-实现抗干扰功能及快速无超调地实现过渡过程的控制量。