[发明专利]一种基于自抗扰的反馈-前馈控制器及设计方法

权利要求书

1.一种基于自抗扰的反馈-前馈控制器，其特征在于，包括反馈控制器和前馈控制器；

所述反馈控制器的控制律为

其中，r为系统的参考输入，y为系统的输出，n表示被控对象的相对阶数，ω_c为一个正数，单位为弧度/秒，近似视为闭环系统的带宽；

所述前馈控制器的控制律为：

所述前馈控制器的输出与反馈控制器的输出形成系统的综合控制量。

2.如权利要求1所述的一种基于自抗扰的反馈-前馈控制器，其特征在于，所述前馈控制器的控制律中参考输入r的各阶导数通过多个近似微分器串联后计算获得：近似微分器的形式为：s为拉普拉斯算子，T为滤波器的时间常数。

3.如权利要求1所述的一种基于自抗扰的反馈-前馈控制器，其特征在于，所述前馈控制器的控制律中参考输入r的各阶导数通过如下过程获得：设定参考输入r第n阶微分的形式和参数r⁽ⁿ⁾，经逐次积分，得到其他小于n的各阶微分

4.如权利要求1所述的一种基于自抗扰的反馈-前馈控制器，其特征在于，所述前馈控制器的控制律中参考输入r的各阶导数通过跟踪微分器获得。

5.一种基于自抗扰的反馈-前馈控制器的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、构造整个控制器的输出：

其中，n是被控对象的相对阶数，是扩张状态观测器的扩张状态，b₀为控制器输出与对象输出的n阶微分之间的关系参数；u₀为反馈-前馈控制器的综合输出，包含反馈控制器输出u₁和前馈控制器输出u₂，将前馈控制与自抗扰控制相结合，即

u₀＝u₁+u₂ (9)

将式(8)代入被控对象的模型中，并令扩张状态等于总干扰f，即得被控对象模型：

y⁽ⁿ⁾≈u₀ (10)

不考虑前馈控制时，即假设u₂＝0，运用极点配置方法设计反馈控制器部分，将系统闭环传递函数G_cl1(s)设计为：

ω_c为一个正数，单位为弧度/秒，近似视为闭环系统的带宽；

为获得该闭环传递函数，设计反馈控制器的控制律为：

其中r为系统的参考输入；y为系统的输出；

将式(10)、(11)、(12)联立，得k₀,k₁,…,k_n-1的值分别为

再考虑加入前馈控制器u₂，式(10)化为

将上式移项后，改写为

按照(14)式左边各项，相应构造前馈控制器的控制律u₂如下：