[发明专利]一种针对线性控制器的无扰切换设计方法

权利要求书

1.一种针对线性控制器的无扰切换设计方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一，建立控制系统的数值仿真程序；

步骤二，设计控制器，使得闭环控制系统的性能达到预期的设计指标，所述控制器包括线性控制器和开环控制器；

步骤三，将开环控制器和线性控制器组合为切换控制器，首先对各控制器的输出进行微分，然后通过控制器决策，以选择切换将某一个控制器接入到闭环控制回路，取出该控制器的微分项进行积分，即对各个控制器先积分后通过共同积分器来保证切换的平滑过渡，从而消除控制器切换带来的瞬间突变、甚至不稳定的不良影响。

2.根据权利要求1所述的针对线性控制器的无扰切换设计方法，其特征在于：在步骤一中，其中被控对象为通用的非线性模型，表示为：

其中f为系统状态的非线性函数；g为系统输出的非线性函数；y为被控对象的输出量；u为切换控制器输出的控制量。

3.根据权利要求1所述的针对线性控制器的无扰切换设计方法，其特征在于：在步骤二中，所述控制器为含开环控制器、H∞控制器、LADRC控制器的切换控制器，

第一，针对非线性模型设计开环控制器，将开环控制律抽象为根据插值表的插值函数interp，设参考输入为r，可得：

第二，针对非线性模型设计H∞控制器，对非线性模型进行线性化得到线性系统，可得：

设r、e、u、y分别为参考输入、跟踪误差、控制输入和系统输出，C(s)为H∞控制器，G(s)为被控对象模型，则可得从r到e、u和y的闭环传递函数分别为：

为保证闭环控制系统稳定，设Ws(s)为性能加权函数，Wr(s)为控制器输出加权函数，Et(s)为鲁棒加权函数，需满足充要条件为：

将原问题转换为标准H∞控制问题，对原闭环控制系统进行增广，可得：

根据标准H∞控制问题的求解方法，可得通解形式为：

第三，针对非线性模型设计LADRC控制器，设扩张状态观测器ESO的带宽为w_o，控制量对系统状态影响系数为b₀，ESO对目标值估计为z₁，ESO对目标值的导数估计为z₂，ESO对系统总扰动估计为z₃，由于ADRC对多变量回路具备解耦特性，多变量回路是直接通过多个单变量控制回路并联组成，LADRC的ESO可表示为：

可得LADRC的控制律为：

4.根据权利要求1所述的针对线性控制器的无扰切换设计方法，其特征在于：在步骤三中，设是控制量u的导数；switch为切换控制器的选择函数，表明当前接入到闭环回路控制器为第i个控制器；则在第k个运行周期的控制器输出量u_k可表示为：

说明当前控制量u_k是在上一时刻的控制量u_k-1的基础上叠加了当前闭环回路控制器的控制增量则控制器切换时不会产生控制量的突变，可实现平滑过渡。