[发明专利]基于自抗扰控制和Youla参数化的控制器优化方法

权利要求书

1.基于自抗扰控制和Youla参数化的控制器优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

设计扩张状态观测器，获取非线性延时控制系统的状态和非线性延时控制系统的总扰动；

设计Youla函数和Youla函数的参数，构建基于自抗扰控制的Youla参数化反馈控制器；

基于非线性延时控制系统的总扰动对非线性延时控制系统中的低频段特性进行前馈补偿，构建积分延时控制系统；

基于自抗扰控制的Youla参数化反馈控制器，引入参考信号，获取参考信号与非线性延时控制系统的状态之间的偏差，输出补偿控制律；

根据补偿控制律对积分延时控制系统的输出进行调节，实现积分延时控制系统的输出跟踪参考信号。

2.根据权利要求1所述基于自抗扰控制和Youla参数化的控制器优化方法，其特征在于，所述设计扩张状态观测器，对非线性延时控制系统中的低频段特性进行补偿，获取非线性延时控制系统的状态和非线性延时控制系统的总扰动这一步骤，其具体包括：

引入虚拟控制量，构建扩张状态观测器；

通过扩张状态观测器对非线性延时控制系统中的低频段特性进行估计，得到非线性延时控制系统的状态和非线性延时控制系统的总扰动。

3.根据权利要求2所述基于自抗扰控制和Youla参数化的控制器优化方法，其特征在于，设计的扩张状态观测器的表达式具体如下所示：;

上式中，表示带延迟特性的柴油机控制系统在时刻的输出，、表示时刻状态、的估计值，表示扩张状态观测器的增益，、表示观测器增益，表示虚拟控制量，表示观测误差，、表示时刻，状态、的估计值导数。

4.根据权利要求3所述基于自抗扰控制和Youla参数化的控制器优化方法，其特征在于，所述设计Youla函数和Youla函数的参数，构建基于自抗扰控制的Youla参数化反馈控制器这一步骤，其具体包括：

获取对非线性延时控制系统中的低频段特性进行补偿后的Youla参数化反馈控制器与非线性延时控制系统输出之间的传递函数；

根据所述传递函数，基于开环设计思路，设计Youla函数；

基于灵敏度函数和互补灵敏度函数，设计Youla函数的参数；

通过Youla函数的参数对Youla函数进行参数化，构建基于自抗扰控制的Youla参数化反馈控制器。

5.根据权利要求4所述基于自抗扰控制和Youla参数化的控制器优化方法，其特征在于，所述Youla函数的表达式具体如下所示：

;

上式中，表示Youla函数，、表示Youla函数的参数，表示拉普拉斯算子，表示Youla控制器的比例系数。

6.根据权利要求5所述基于自抗扰控制和Youla参数化的控制器优化方法，其特征在于，所述基于灵敏度函数和互补灵敏度函数，设计Youla函数的参数这一步骤，其具体包括：

定义灵敏度函数和互补灵敏度函数，所述灵敏度函数的定义为Youla函数与控制器传递函数之比，所述互补灵敏度函数的定义为Youla函数与非线性延时控制系统之积；

根据互补灵敏度函数获取灵敏度函数；

定义非线性延时控制系统的延时幅值裕度并通过灵敏度函数进行表示；

基于灵敏度函数表示的延时幅值裕度选取非线性延时控制系统在交叉频率处的相位裕度；

对非线性延时控制系统在交叉频率处的相位裕度进行推导，获取Youla函数的参数。

7.根据权利要求6所述基于自抗扰控制和Youla参数化的控制器优化方法，其特征在于，所述通过Youla函数的参数对Youla函数进行参数化，构建基于自抗扰控制的Youla参数化反馈控制器这一步骤，其具体包括：

结合Youla函数与互补灵敏度函数，构建闭环传递函数；

根据闭环传递函数推导获取开环传递函数；

给定一个截止频率，结合非线性延时控制系统在交叉频率处的相位裕度；

根据开环传递函数，得到Youla函数的参数的表达式；

根据Youla函数和Youla函数的参数，得到基于自抗扰控制的Youla参数化反馈控制器。