[发明专利]一种获取伪三阶惯性环节的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及过程控制领域，尤其涉及一种获取伪三阶惯性环节的方法和装置。

背景技术

在过程控制实践中，跨阶控制是普遍存在的，例如将低阶控制器用于高阶对象的控制。PID(Proportion integration differentiation)控制器属于一种二阶控制器，PID对二阶对象具有良好的控制特性。跨阶控制对PID控制是可行的，例如将PID用于高阶(大于二阶)对象的控制，可通过参数降阶处理，将高阶对象参数转换为二阶对象参数，可获得良好的跨阶控制特性。

将自抗扰控制器ADRC(Active disturbance rejection controller)用于跨阶控制，存在抗扰性能下降的问题。例如，将一阶ADRC用于高阶对象控制的抗扰性能将有较大程度的下降，这不是一个通过对象参数降阶处理就能够较好解决的问题。原因是：理论上，ADRC的阶数需要与控制对象的阶数相对应，ADRC在阶内具有优良的抗扰控制性能，但跨阶控制的抗扰性能有较大程度的下降，这是事物的矛盾性所决定的简单道理。对于高阶对象的ADRC控制，直接的解决方法就是增加ADRC的阶数，但是随着ADRC阶数的增加，ADRC的结构也更加趋于复杂化，例如，构造三阶以上ADRC就相当复杂了，通常ADRC的阶数被限制在三阶以内。因此，对自抗扰控制器的跨阶控制理论研究还有更多值得探讨。将三阶线性自抗扰控制器用于大于三阶惯性对象控制，较好的方法就是将大于三阶惯性对象转换为伪三阶惯性环节。

发明内容

本发明提供了一种获取伪三阶惯性环节的方法和装置，解决将三阶线性自抗扰控制器用于跨阶控制时，存在抗扰性能下降的技术问题。

本发明实施例提供的一种获取伪三阶惯性环节的方法包括步骤：

S1：通过模型辨识获取惯性对象的预设数惯性常数、预设数增益、预设数阶数，惯性对象表达为公式：

其中，IO(s)为惯性对象的传递函数；T_α为惯性对象的预设数惯性常数，单位s；K_α为惯性对象的预设数增益，单位无量纲；n为惯性对象的预设数阶数，3<n<16单位无量纲；

S2：设置第一滤波器的统一滤波时间常数、第一滤波器增益，第一滤波器表达为公式：

其中，F1(s)为第一滤波器的传递函数；T_F为统一滤波时间常数，单位s；K_F1为第一滤波器增益，单位无量纲；第一滤波器为一阶微分器；

S3：设置第二、三、四滤波器到第预设数阶数滤波器的统一滤波时间常数，第二滤波器到第预设数阶数滤波器表达为公式：

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其中，F2(s)为第二滤波器的传递函数；F3(s)为第三滤波器的传递函数；F4(s)为第四滤波器的传递函数；Fn(s)为第预设数阶数滤波器的传递函数；n为预设数阶数，单位无量纲；T_F为统一滤波时间常数，单位s；第二滤波器到第预设数阶数滤波器为一阶惯性滤波器；

S4：将第一滤波器到第预设数阶数滤波器串联，并将第四滤波器到第预设数阶数滤波器的输出结果依次叠加输出，形成组合滤波器，组合滤波器表达为公式：

其中，F(s)为组合滤波器的传递函数；K_F1为第一滤波器增益，单位无量纲；T_F为统一滤波时间常数，单位s；n为预设数阶数；

S5：设置第一滤波器增益等于所述预设数增益、统一滤波时间常数等于所述预设数惯性常数，将惯性对象与组合滤波器并联形成伪三阶惯性环节，表达为公式：

其中，FOIO(s)为伪三阶惯性环节的传递函数；IO(s)为惯性对象的传递函数；F(s)为组合滤波器的传递函数；T_α为预设数惯性常数，单位s；K_α为预设数增益，单位无量纲；n为预设数阶数，单位无量纲；K_F1为第一滤波器增益，单位无量纲；T_F为统一滤波时间常数，单位s；

S6：将组合滤波器用于大于三阶惯性对象的三阶线性自抗扰控制。