[发明专利]相位优化的扩张状态观测器及抗扰控制系统

说明书

本发明公开了一种相位优化的抗扰控制系统，包括：控制器、受控对象和相位优化的扩张状态观测器；其中，相位优化的扩张状态观测器包括扩张状态观测器和相位优化器；相位优化器包括乘法器和加法器；控制器的输出端接至扩张状态观测器的第一输入端，受控对象的输出接扩张状态观测器的第二输入端；扩张状态观测器的z3量输出端接加法器的第一输入端，z3的变化率输出端接乘法器，乘法器的输出端接加法器的第二输入端；加法器的输出端接控制器的第一反馈端，扩张状态观测器的z1、z2量输出端接控制器的第二反馈端。本发明的相位优化的扩张状态观测器及抗扰控制系统实现了对时变扰动的有效估计。

技术领域

本发明涉及先进控制技术领域，具体来讲涉及自抗扰控制中相位优化的扩张状态观测器及其设计方法以及相位优化的抗扰控制系统，解决了时变扰动估计准确性的问题。

背景技术

对未知、不确定性扰动的鲁棒性是控制器的重要性能指标之一，实际系统中，广泛存在着未知、不确定性扰动，并且这些扰动极难建模。目前，设计扰动估计器估计未知扰动，或者设计扩张状态观测器估计总扰动(包括内部参数变化、未建模动态以及外部未知、不确定扰动)，通过控制律补偿所估扰动的扰动估计补偿方法和自抗扰控制方法非常有效。然而，对于时变扰动，现有扰动估计器的估计准确度较低，无法准确估计扰动，意味着无法保证闭环系统性能。

对于扩张状态观测器而言，要提高估计的准确度，必然提高观测器带宽。随之而来的问题是引入更多的量测噪声。特别地，扩张状态观测器仅能实现对常值扰动的稳态无差估计，对于时变扰动，其估计是有偏差的。

可见，基于扩张状态观测器的自抗扰控制性能极大地受限于扩张状态观测器的估计性能，为提高自抗扰控制或者基于扩张状态观测器的控制技术的性能，提高扩张状态观测器的估计准确度非常必要。

本发明为解决扩张状态观测器估计时变扰动偏差大的问题，提出了一种简单而有效的相位优化律，进而在几乎不增加计算成本的同时，设计出了相位优化的扩张状态观测器及抗扰控制系统，实现了对时变扰动的有效估计。

发明内容

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种相位优化的抗扰控制系统，包括：控制器、受控对象和相位优化的扩张状态观测器；其中，相位优化的扩张状态观测器包括扩张状态观测器和相位优化器；相位优化器包括乘法器和加法器；控制器的输出端接至扩张状态观测器的第一输入端，受控对象的输出接扩张状态观测器的第二输入端；扩张状态观测器的z3量输出端接加法器的第一输入端，z3的变化率输出端接乘法器，乘法器的输出端接加法器的第二输入端；加法器的输出端接控制器的第一反馈端，扩张状态观测器的z1、z2量输出端接控制器的第二反馈端。

所述的抗扰控制系统，其中：扩张状态观测器表示如下：

其中z1、z2、z3为扩张状态观测器的输出量，y是系统输出，z₁是y的估计值，z₂是y的估计值的变化率，z₃是系统总干扰的估计值；d是外部扰动，u是控制输入，b₀是控制增益，f是系统总干扰，ω_o是观测器带宽。

所述的抗扰控制系统，其中：所述相位优化的扩张状态观测器设计为：

其中，z₁,z₂,z_3PO为相位优化的扩张状态观测器的输出，z₁,z₂与扩张状态观测器的输出z₁,z₂相同，z_3PO为扩张状态观测器的输出z₃经相位优化律后所得的总扰动估计值。

所述的抗扰控制系统，其中控制器表示为：