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CN111736455A - 一种基于模式切换的复合自抗扰控制系统 - Google Patents

一种基于模式切换的复合自抗扰控制系统 Download PDF

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Publication number
CN111736455A
CN111736455A CN202010554126.9A CN202010554126A CN111736455A CN 111736455 A CN111736455 A CN 111736455A CN 202010554126 A CN202010554126 A CN 202010554126A CN 111736455 A CN111736455 A CN 111736455A
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CN
China
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module
disturbance
control module
mode
rejection control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010554126.9A
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English (en)
Inventor
李鸿跃
李智
方杰
任彦霞
申佑
李苏城
陈德来
叶俊飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guizhou Aerospace Tianma Electrical Technology Co Ltd
Original Assignee
Guizhou Aerospace Tianma Electrical Technology Co Ltd
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Publication date
Application filed by Guizhou Aerospace Tianma Electrical Technology Co Ltd filed Critical Guizhou Aerospace Tianma Electrical Technology Co Ltd
Priority to CN202010554126.9A priority Critical patent/CN111736455A/zh
Publication of CN111736455A publication Critical patent/CN111736455A/zh
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00—Automatic controllers
    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.

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Abstract

本发明提供了一种基于模式切换的复合自抗扰控制系统，包括被控对象；被控对象的控制输入分两路分别由线性自抗扰控制模块和PID控制模块接入，线性自抗扰控制模块和PID控制模块均接入自模式切换模块，模式切换模块接入被控对象输入的误差信号和外部的输入信号；模式切换模块根据被控对象的误差信号，择一将外部的输入信号转发至线性自抗扰控制模块或PID控制模块接入。本发明可通过工况和系统误差判断进行模式选择调用对应的算法模块，从而优化程序设计，提升随动系统软件设计的安全性；同时也可以增强随动系统的抗干扰能力，提升随动系统的动态特性。

Description

一种基于模式切换的复合自抗扰控制系统
技术领域
本发明涉及一种基于模式切换的复合自抗扰控制系统。
背景技术
由于特种车辆随动系统建模比较复杂，系统特性与工作模式息息相关，且随动系统的运行还会受到机械结构和温度变化的影响，这需要随动系统具有优良的抗干扰能力，能有效的解决干扰，保证随动系统正常运转。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于模式切换的复合自抗扰控制系统，该基于模式切换的复合自抗扰控制系统将LADRC(线性自抗扰控制)控制算法和PID控制算法封装为单独的算法模块，可通过工况和系统误差判断进行模式选择调用对应的算法模块，从而优化程序设计，提升随动系统软件设计的安全性。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种基于模式切换的复合自抗扰控制系统，包括被控对象；被控对象的控制输入分两路分别由线性自抗扰控制模块和PID控制模块接入，线性自抗扰控制模块和PID控制模块均接入自模式切换模块，模式切换模块接入被控对象输入的误差信号和外部的输入信号；模式切换模块根据被控对象的误差信号，择一将外部的输入信号转发至线性自抗扰控制模块或PID控制模块接入。
所述线性自抗扰控制模块由PD控制器、时滞模块、扩张状态观测器，外部的输入信号接入至PD控制器，PD控制器的输出信号经系数乘法计算后，形成控制量，控制量经执行机构传递函数产生输出量输出至被控对象，同时控制量还经时滞模块传输至扩张状态观测器，且输出量直接传输至扩张状态观测器，扩张状态观测器根据控制量和输出量产生微分分量发送至PD控制器。
扩张状态观测器还产生控制量偏差的原始分量发送至PD控制器的前级进行扣减计算。
扩张状态观测器还产生总和扰动发送至PD控制器的后级进行扣减计算。
扩张状态观测器产生的控制量偏差的原始分量z1、微分分量z2和总和扰动z3符合公式：
Figure BDA0002543672340000021
其中，e为被控对象输入的误差信号，y为控制量经执行机构传递函数产生的输出量，u为控制量，β1、β2、β3均为调节参数。
所述模式切换模块通过对比误差值和内设判决门限值而决定输出量传输路径的切换。
所述模式切换模块将外部输入的阶跃信号直接发送至PID控制器，仅对速度跟踪和正弦跟踪的信号进行判断及切换。
所述模式切换模块采取平滑切换，即将切换前输出量传输路径上的线性自抗扰控制模块或PID控制模块的输出值，作为切换后输出量传输路径上的线性自抗扰控制模块或PID控制模块的初始值，并在其后的给定多个周期内发送输出量的滑动平均值。
本发明的有益效果在于：可通过工况和系统误差判断进行模式选择调用对应的算法模块，从而优化程序设计，提升随动系统软件设计的安全性；同时也可以增强随动系统的抗干扰能力，提升随动系统的动态特性。
附图说明
图1是本发明的原理示意图；
图2是图1中线性自抗扰控制模块的原理示意图；
图3是图1中模式切换模块的原理示意图；
图4是本发明一种实施例仿真验证的15°调转阶跃曲线和误差曲线的结果示意图；
图5是本发明一种实施例仿真验证的180°调转阶跃曲线和误差曲线的结果示意图；
图6是本发明一种实施例仿真验证的15°速度跟踪的跟踪曲线和误差曲线的结果示意图；
图7是本发明一种实施例仿真验证的180°速度跟踪的跟踪曲线和误差曲线的结果示意图。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1至图3所示的一种基于模式切换的复合自抗扰控制系统，包括被控对象；被控对象的控制输入分两路分别由线性自抗扰控制模块和PID控制模块接入，线性自抗扰控制模块和PID控制模块均接入自模式切换模块，模式切换模块接入被控对象输入的误差信号和外部的输入信号；模式切换模块根据被控对象的误差信号，择一将外部的输入信号转发至线性自抗扰控制模块或PID控制模块接入。
线性自抗扰控制模块由PD控制器、时滞模块、扩张状态观测器，外部的输入信号接入至PD控制器，PD控制器的输出信号经系数乘法计算后，形成控制量，控制量经执行机构传递函数产生输出量输出至被控对象，同时控制量还经时滞模块传输至扩张状态观测器，且输出量直接传输至扩张状态观测器，扩张状态观测器根据控制量和输出量产生微分分量发送至PD控制器。
扩张状态观测器还产生控制量偏差的原始分量发送至PD控制器的前级进行扣减计算。
扩张状态观测器还产生总和扰动发送至PD控制器的后级进行扣减计算。
扩张状态观测器产生的控制量偏差的原始分量z1、微分分量z2和总和扰动z3符合公式：
Figure BDA0002543672340000041
其中，e为被控对象输入的误差信号，y为控制量经执行机构传递函数产生的输出量，u为控制量，β1、β2、β3均为调节参数。
模式切换模块通过对比误差值和内设判决门限值而决定输出量传输路径的切换。
模式切换模块将外部输入的阶跃信号直接发送至PID控制器，仅对速度跟踪和正弦跟踪的信号进行判断及切换。
模式切换模块采取平滑切换，即将切换前输出量传输路径上的线性自抗扰控制模块或PID控制模块的输出值，作为切换后输出量传输路径上的线性自抗扰控制模块或PID控制模块的初始值，并在其后的给定多个周期内发送输出量的滑动平均值。
实施例1
采用上述方案，其中PID控制模块采用常规PID控制方法，按照如下公式：
Figure BDA0002543672340000051
其中，Δθ为位置误差，即随动系统协调误差；v为当前电机转速；Kp为PID控制中比例项系数；Ki为PID控制中积分项系数；KvCor为速度负反馈系数。
系统的外部信号为设定的期望点Ysp，u为控制量，经过执行机构的传递函数Gp产生输出量y，扩张状态观测器的输出为z1、z2和z3，分别为输出量y与控制量偏差的原始分量、微分分量以及总和扰动，β1、β2和β3为扩张状态观测器需要调节的参数，对总和扰动的准确估计可以大大提升系统的鲁棒性，根据公式：
Figure BDA0002543672340000052
因此控制量u满足公式：
u＝(kp×(ysp-z1)-kd×z2-z3)/B
对该实施例进行仿真验证，可得到如图4至图7的仿真结果，图4、图5中，上部曲线代表阶跃曲线，下部曲线代表误差曲线，图6、图7中，上部曲线代表跟踪曲线，下部曲线代表误差曲线。从仿真验证可见，采用本申请提供的技术方案的实施例1，控制方法有效，能适合多种随动系统工况，随动系统的动态特性优秀。

Claims (8)

1.一种基于模式切换的复合自抗扰控制系统，包括被控对象，其特征在于：被控对象的控制输入分两路分别由线性自抗扰控制模块和PID控制模块接入，线性自抗扰控制模块和PID控制模块均接入自模式切换模块，模式切换模块接入被控对象输入的误差信号和外部的输入信号；模式切换模块根据被控对象的误差信号，择一将外部的输入信号转发至线性自抗扰控制模块或PID控制模块接入。
2.如权利要求1所述的基于模式切换的复合自抗扰控制系统，其特征在于：所述线性自抗扰控制模块由PD控制器、时滞模块、扩张状态观测器，外部的输入信号接入至PD控制器，PD控制器的输出信号经系数乘法计算后，形成控制量，控制量经执行机构传递函数产生输出量输出至被控对象，同时控制量还经时滞模块传输至扩张状态观测器，且输出量直接传输至扩张状态观测器，扩张状态观测器根据控制量和输出量产生微分分量发送至PD控制器。
3.如权利要求2所述的基于模式切换的复合自抗扰控制系统，其特征在于：扩张状态观测器还产生控制量偏差的原始分量发送至PD控制器的前级进行扣减计算。
4.如权利要求2所述的基于模式切换的复合自抗扰控制系统，其特征在于：扩张状态观测器还产生总和扰动发送至PD控制器的后级进行扣减计算。
5.如权利要求2至4中任一项所述的基于模式切换的复合自抗扰控制系统，其特征在于：扩张状态观测器产生的控制量偏差的原始分量z1、微分分量z2和总和扰动z3符合公式：
Figure FDA0002543672330000021
其中，e为被控对象输入的误差信号，y为控制量经执行机构传递函数产生的输出量，u为控制量，β1、β2、β3均为调节参数。
6.如权利要求1所述的基于模式切换的复合自抗扰控制系统，其特征在于：所述模式切换模块通过对比误差值和内设判决门限值而决定输出量传输路径的切换。
7.如权利要求6所述的基于模式切换的复合自抗扰控制系统，其特征在于：所述模式切换模块将外部输入的阶跃信号直接发送至PID控制器，仅对速度跟踪和正弦跟踪的信号进行判断及切换。
8.如权利要求6所述的基于模式切换的复合自抗扰控制系统，其特征在于：所述模式切换模块采取平滑切换，即将切换前输出量传输路径上的线性自抗扰控制模块或PID控制模块的输出值，作为切换后输出量传输路径上的线性自抗扰控制模块或PID控制模块的初始值，并在其后的给定多个周期内发送输出量的滑动平均值。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication
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