[发明专利]偏差反馈补偿自抗扰控制系统设计方法和装置

权利要求书

1.一种偏差反馈补偿自抗扰控制系统设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据被控对象特性整定自抗扰控制回路的参数，其中，所述自抗扰控制回路的参数包括PD控制器带宽、扩张状态观测器带宽和补偿因子；

根据整定的参数计算由所述自抗扰回路产生的控制量；

在所述自抗扰回路闭环系统的基础上，得到预期动态，根据预期动态整定偏差反馈补偿回路控制器参数，并计算偏差反馈补偿回路产生的控制量作用，其中，所述偏差反馈补偿回路控制器参数包括比例增益和微分增益；

将计算得到的由自抗扰控制回路产生的控制量和由偏差反馈补偿回路产生的控制量叠加后共同作用在执行机构上，实现偏差反馈补偿自抗扰控制。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述自抗扰控制回路为一阶控制器时，所述由自抗扰控制回路产生的控制量u_ADRC表示为：

其中，ω_c为自抗扰控制回路中PD控制器带宽，r为设定值，b₀为补偿因子，z₁和z₂分别为扩张状态观测器对系统输出y和总扰动的估计值，其满足如下微分方程：

其中，分别为z₁、z₂的一阶导数，ω₀为扩张状态观测器带宽。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述自抗扰控制回路为一阶控制器时，所述预期动态、所述偏差反馈补偿回路产生的控制量作用分别表示为：

G_des＝1/(s/w_c+1)

其中，G_des为预期动态，u_BFC为偏差反馈补偿回路产生的控制量作用，s为拉普拉斯算子，ω_c表示为自抗扰控制回路中PD控制器带宽，和是偏差反馈补偿回路控制器参数的比例增益和微分增益，y_des和分别是预期动态响应及其一阶导数，y和分别是被控变量及其一阶导数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述自抗扰控制回路为二阶控制器时，所述由自抗扰控制回路产生的控制量表示为：

其中，ω_c为自抗扰控制回路中PD控制器带宽，r为设定值，b₀为补偿因子，z₁、z₂和z₃分别为扩张状态观测器对系统输出y、输出导数和总扰动的估计值，其满足如下微分方程：

其中，分别为z₁、z₂、z₃的一阶导数，ω₀为扩张状态观测器带宽。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述自抗扰控制回路为二阶回路时，所述预期动态、所述偏差反馈补偿回路产生的控制量_uBFC作用分别表示为：

G_des＝1/(s/w_c+1)²

或，

其中，s为拉普拉斯算子，ω_c表示自抗扰控制回路中PD控制器带宽，和是偏差反馈补偿回路控制器参数的比例增益和微分增益，y_des和分别是预期动态响应及其一阶导数，y和分别是被控变量及其一阶导数，z₁和z₂分别为扩张状态观测器对系统输出y和输出导数的估计值。

6.一种偏差反馈补偿自抗扰控制系统设计装置，其特征在于，包括参数整定模块、第一计算模块、第二计算模块、偏差反馈补偿自抗扰控制模块，其中，

所述参数整定模块，用于根据被控对象特性整定自抗扰控制回路的参数，其中，所述自抗扰控制回路的参数包括PD控制器带宽、状态观测器带宽、补偿因子；

所述第一计算模块，用于根据整定的参数计算由所述自抗扰回路产生的控制量；

所述第二计算模块，用于在所属自抗扰回路闭环系统的基础上，得到预期动态，根据预期动态整定偏差反馈补偿回路控制器参数，并计算偏差反馈补偿回路产生的控制量作用，其中，所述偏差反馈补偿回路控制器参数包括比例增益和微分增益；

所述偏差反馈补偿自抗扰控制模块，用于将计算得到的由自抗扰控制回路和偏差反馈补偿回路产生的控制量叠加后共同作用在执行机构上，实现偏差反馈补偿自抗扰控制。