一種具有無擾切換功能的位置型自抗擾控制方法

2023-05-10 14:33:46

一種具有無擾切換功能的位置型自抗擾控制方法
【專利摘要】一種具有無擾切換功能的位置型自抗擾控制方法，屬於工業自動化【技術領域】。該方法包括：自抗擾控制器非跟蹤狀態的判斷，控制器階數選擇；根據非跟蹤狀態變量值和控制器階數，分別通過不同計算方式更新控制器內部變量以及控制器輸出，並通過手操器的選擇判斷進行相應控制量與系統其他變量的對接。本發明所設計的位置型自抗擾控制方法可以實現ADRC/PID/MAN三種模式切換過程中平穩過渡，不會對被控過程造成額外擾動和衝擊，仿真結果表明該位置型自抗擾控制方法在過程控制應用的有效性和可實現性。
【專利說明】一種具有無擾切換功能的位置型自抗擾控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於工業自動化領域，尤其是一種具有無擾切換功能的位置型自抗擾控制方法。
【背景技術】
[0002]儘管當前過程控制領域，包括熱工控制、化工控制等領域中，仍以PID控制為主，在具體數字控制平臺的實現過程中，PID控制均以其魯棒性強，參數整定容易，易於被工程人員所接受，佔有重要地位，但隨著工業生產過程的經濟性和高效性得以逐漸重視，控制要求也逐漸提高，尤其針對一些更為複雜的高階、多變量耦合、非線性強、幹擾性強的對象，PID 控制難以滿足要求。自抗擾控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)思想是中國科學院韓京清教授年提出的一種新型的反饋線性化控制策略。該方法利用擴張狀態觀測器(Extended State Observer, ES0)實時估計系統內外的幹擾,並利用相關的控制律消除，具有不依賴模型並且抗擾能力強的優勢，並可以將不同迴路之間的耦合以及系統的不確定性因素看做「總擾動」，對此擾動實時估計並補償，因此該控制器在不確定性強、幹擾多、多變量耦合的過程中具有良好的控制效果。基於以上特點，自抗擾控制為工業控制提供了一種新思路。
[0003]但是，在過程控制數字平臺中，一種新控制方式的投入可能造成在控制模式切換過程給系統帶來額外衝擊和擾動。因此必須考慮不同控制算法之間的無擾切換問題，這是在過程控制系統的設計過程中的重要安全性問題。到目前為止，針對自抗擾控制器的無擾切換問題研究較少，若在實際工業應用過程中，僅直接採用基本控制算法實現自抗擾控制，不考慮無擾切換的問題，就無法在控制模式切換過程中使得控制量平穩過渡，不利於系統的安全性，因此有必要針對該問題進行研究和探討。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是為了設計一種具有無擾切換功能的位置型自抗擾控制方法，在控制模式切換過程中使得控制量平穩過渡，提高自抗擾控制方法投入系統時的安全性，為自抗擾控制方法在過程控制領域中的應用進一步奠定基礎。
[0005]本發明的技術方案如下:
[0006]1、一種具有無擾切換功能的位置型自抗擾控制方法，其特徵在於該方法包括如下步驟:
[0007]I)將上一時刻被控過程的實際控制量賦值給變量Uini ；
[0008]2)將被控過程的「自動」狀態變量SA與「自抗擾控制方式」狀態變量ADRC_0PT進行求與邏輯，得到自抗擾控制器的「非跟蹤」狀態變量ADRC_SA ;將ADRC_0PT的逆與SA進行求與邏輯，得到PID控制器的「非跟蹤」狀態變量PID_SA，連接原PID控制器的「非跟蹤」狀態埠 ；
[0009]3 )判斷 ADRC_SA 的值:[0010]i)若ADRC_SA=0，再判斷自抗擾控制器的階數，當自抗擾控制器階數ADRC_ord=l，根據下式計算更新自抗擾控制器中擴張狀態觀測器的變量Z1和Z2:
[0011]
【權利要求】
1.一種具有無擾切換功能的位置型自抗擾控制方法，其特徵在於該方法包括如下步驟: 1)將上一時刻被控過程的實際控制量賦值給變量Uini； 2)將被控過程的「自動」狀態變量SA與「自抗擾控制方式」狀態變量ADRC_OPT進行求與邏輯，得到自抗擾控制器的「非跟蹤」狀態變量ADRC_SA ;將ADRC_OPT的逆與SA進行求與邏輯，得到PID控制器的「非跟蹤」狀態變量PID_SA，連接原PID控制器的「非跟蹤」狀態埠 ； 3)判斷ADRC_SA的值: i)若ADRC_SA=0，再判斷自抗擾控制器的階數，當自抗擾控制器階數ADRC_ord=l，根據下式計算更新自抗擾控制器中擴張狀態觀測器的變量Z1和Z2:
【文檔編號】G05B13/00GK103760765SQ201410014233
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月13日 優先權日:2014年1月13日
【發明者】李東海, 薛亞麗, 張玉瓊 申請人:清華大學