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《江南大学》 2011年
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自抗扰控制器及其应用研究

苏思贤  
【摘要】:在对经典PID和现代控制理论长期深入研究的基础上,韩京清研究员提出的自抗扰控制技术具有算法简单、易于实现、精度高、抗干扰能力强等特点。本文主要研究自抗扰控制算法在高阶、非线性、耦合系统中的应用。具体研究工作如下: 1、针对一类参数未知、高阶定常系统的控制问题,提出了在特征模型基础上,用低阶时变差分方程来代替实际的对象特性,应用串联型扩张状态观测器估计出系统各阶状态和总扰动后,采用带遗忘因子的最小二乘算法估计该差分方程参数。稳态时该特征模型与高阶对象的输出保持一致,从而可以进一步按照特征模型,基于估计的系统总扰动设计控制器。 2、针对一类多变量系统控制中的耦合问题,提出了一种基于自抗扰技术的非线性动态解耦控制方法。该方法不依赖于系统的精确数学模型,分别在控制端的耦合矩阵部分已知和未知的情形下,在局部静态解耦的基础上,将各子系统的模型摄动、外扰和包括输入变量相互作用在内的动态耦合视为各通道上的扰动总和,通过引入虚拟控制和状态量,设计扩张状态观测器估计总扰动并进行反馈补偿,进而再对各解耦子对象分别设计非线性单输入单输出自抗扰控制器以保证闭环系统稳定。 3、针对自抗扰控制器可调参数多且不易整定的问题,提出了一种基于RBF神经网络在线辨识的单神经元自抗扰控制来改进常规的自抗扰控制性能。在该控制系统结构中,采用RBF神经网络辨识器实现被控对象的Jacobian矩阵信息的在线辨识,获得自抗扰参数在线调整信息,并由单神经元自抗扰控制器完成控制器参数的在线自整定,实现系统的智能控制。 4、针对连续搅拌反应釜系统(CSTR)大滞后,大惯性以及动态特性随工况不确定性变化的特点,提出不依赖于精确CSTR模型的离散自抗扰控制方案。采用西门子新一代工业可编程控制器—SIMATIC PCS7,在多功能过程与控制系统的CSTR实验仿真对象上实现了温度的稳定控制。试验结果表明,用ADRC技术建立的连续搅拌反应釜控制系统对被控对象模型的不确定性和外部扰动变化具有较强的适应性和鲁棒性,动态性能良好。
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