自抗扰控制器参数整定方法的研究概要

收稿日期:2008206219

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50777028

作者简介:吴猛(1974—

,男,博士,讲师,E 2mail :wu _meng @ ;朱喜林(1959—,男,教授,博士生导师,E 2mail :zhuxl @.第29卷第2期2009年2月北京理工大学学报

Transactions of Beijing Institute of Technology

Vol.29No.2Feb.2009

自抗扰控制器参数整定方法的研究

吴猛1,2,朱喜林1,3,鄂世举1,3,孙明革1,2,童少为2

(1.吉林大学机械科学与工程学院,吉林,长春130025; 2.吉林化工学院自动化系,吉林,吉林132022;

3.浙江师范大学交通学院,浙江,金华321004

摘要:提出了自抗扰控制器算法参数整定的计算机软件仿真分析和基于参数变换的公式推导两种方法.根据自抗扰控制方程,针对算法中多个参数需要整定的问题,结合工程中控制对象实例,采用M atlab 仿真软件逐一确定各参数,寻找同类对象之间的控制参数关系,利用公式得到其他对象的控制器参数.使用M atlab 仿真分析

法可直观地获取参数,公式推导法则简化了同类对象的参数整定,速度快.仿真实验结果表明,这两种参数整定方法可用于常见的工业控制对象的自抗扰控制器中.

关键词:自抗扰控制器;参数整定;M atlab 软件;参数变换

中图分类号:T P 273文献标识码:A 文章编

号:100120645(2009022*******

A Study on Parameters Setting Methods for Active

Disturbance R ejection Controller(AD RC

WU Meng 1,2,ZHU Xi 2lin 1,3, E Shi 2ju 1,3,SUN Ming 2ge 1,2,TON G Shao 2wei 2

(1.Mechanic Science and Engineering College ,Jilin University ,Changchun ,Jilin 130025,China ;2.Department of Automation ,Jilin Institute of Chemical

Technology ,Jilin ,Jilin 132022,China ;

3.Traffic College ,Zhejiang Normal University ,Jinhua ,Zhejing 321004,China

Abstract :Two met hods for t he parameter setting of active 2dist urbance 2rejection controller (ADRC algorit hm are propo sed.According to t he ADRC equation ,it needs to set up a number of parameters.

Taking t he cont rol 2object in t he p roject as example ,t he parameters are

determined individually using Matlab simulation.After getting t he relationship of cont rol parameters between similar object s ,t he cont rol parameters of ot her object s are achieved from derivation.Parameters can be obtained int uitively using Matlab simulation analysis.Parameters setting of similar object s is simplified and quickened using formula derivation.Simulation result s showed t hat t he two met hods used in ADRC of common cont rol 2object in industry can attain fine cont rol effect.

K ey w ords :active 2dist urbance 2rejection cont roller (ADRC ;parameter

setting ;Matlab ;param 2

eter t ransformation

自抗扰控制器(A D R C 是由非线性PI D 控制

器演变而来的.它继承了P I D 控制器简单、易于实现、鲁棒性好的优点[1],同时也克服了其误差取法不合理、没有误差微分提取办法、组合方式不理想等缺点.它将系统模型的作用作为内扰,与系统的外扰一起看作是总扰动,从而对这个总扰动进行补偿[2].目前,A D R C 较为广泛地应用于工程实际中.A D R C 算法较为复杂,有多个参数需要整定.而参数选择的合适与否将直接关系到A D R C 对实际对象控制效果的优劣.当前,A D R C 常用的参数整定

方法用计算机辅助软件或自制软件对参数进行估计和选择,取得较好效果,但是操作不够直观和快捷.作者给出了两种自抗扰参数整定方法,通过对工业中常见的含时滞一阶惯性环节的分析,提出了一种新的方法,将原来多个参数的整定简化为

T ,τ,K 三个参数的选择和整定,快速且准确.使用这两种方法对实际对象参数整定完全满足自抗扰控制器应用的需要.

图1 A D RC 系统结构图

Fi g.1S t ruct ure of A D RC system

1AD RC 结构及待整定参数

以二阶A DRC 为例,其结构框图如图1所示.其中TD 是微分跟踪器,给出过渡过程V 1及其微分V 2;N L S EF 为非线性控制器,是安排的过渡过程与对象状态变量之间误差的非线性控制策略,对e 1和e 2进行非线性组合并输出控制信号u

0;ESO 是扩张状态观测器,跟踪对象输出y 并估计对象的各阶状态变量Z 1,Z 2和对象总扰动实时作用量Z 3;G 是被控对象;b 是控制输入放大系数.对应的具体方程形式如下.

TD

V 1=V 2, V 2=(4V 0/t 2c sgn (T t /2-t ,t ≤t c ,V 1=V 0,t >t c .(1

ESO

e 0=Z 1-y , Z 1=Z 2-β01e 0,