[发明专利]基于参考模型和扰动观测的二阶系统控制器及控制方法

权利要求书

1.基于参考模型和扰动观测的二阶系统控制器，其特征在于，包括：

理想参考模型控制单元，用于接收设定输入量和参考输出量，并且输出理想控制输入量；

二阶理想参考模型单元，用于接收理想控制输入量并输出参考输出量，且将参考输出量传输给理想参考模型控制单元；

误差单元，用于接收参考输出量和来自于二阶实际被控对象的实际输出量，并且输出误差量；

扰动观测单元，用于接收误差量并且输出扰动观测量；

实际系统控制单元，用于接收理想控制输入量和扰动观测量，并且输出实际控制输入量给二阶实际被控对象；

该二阶系统控制器的控制方法，包括如下步骤：

S1、向理想参考模型控制单元输入设定输入量和参考输出量，理想参考模型控制单元输出理想控制输入量；

步骤S1具体包括以下过程：设定输入量记为v，二阶理想参考模型的状态方程为其中z₁，z₂为状态变量，z₁为二阶理想参考模型的输出，z₂为z₁的一阶导数，v₁等于设定输入量，v₂为v₁的一阶导数，并且有v₁＝v，理想参考模型控制单元输出理想控制输入量的方法为u₁＝k_p1(v₁-z₁)+k_d1(v₂-z₂)，其中u₁为理想控制输入量，k_p1和k_d1为控制参数；

S2、二阶理想参考模型单元接收理想控制输入量，并且输出参考输出量，然后将参考输出量传输给理想参考模型控制单元；

S3、误差单元接收参考输出量和来自于二阶实际被控对象的实际输出量，并且输出误差量；

S4、扰动观测单元接收误差量，并且输出扰动观测量；

S5、实际系统控制单元接收理想控制输入量和扰动观测量，并且输出实际控制输入量；

S6、二阶实际被控对象接收实际控制输入量，做出响应并且输出实际输出量。

2.如权利要求1所述的基于参考模型和扰动观测的二阶系统控制器，其特征在于：理想参考模型控制单元的控制律增益满足s²+k_d1s+k_p1＝(s+ω_c)²，其中s为传递函数的复变量，ω_c为理想参考模型控制单元的带宽，可得k_p1＝ω²，k_d1＝2ω_c，进而有

3.如权利要求2所述的基于参考模型和扰动观测的二阶系统控制器，其特征在于：误差单元输出误差量的方法为：

其中e₁为误差量，并且有e₁＝x₁-z₁，e₂＝x₂-z₂，x₁为二阶实际被控对象的输出，x₂为输出x₁的一阶导数。

4.如权利要求3所述的基于参考模型和扰动观测的二阶系统控制器，其特征在于：扰动观测单元输出扰动观测量的方法为：

其中为扰动观测量，k_p2＞0，k_d2＞0，k_i2＞0。

5.如权利要求4所述的基于参考模型和扰动观测的二阶系统控制器，其特征在于：扰动观测器的增益满足s³+k_d2s²+k_p2s+k_i2＝(s+ω₀)³，其中，ω₀为观测器的带宽，可得k_d2＝3ω₀，进而优化为

6.如权利要求5所述的基于参考模型和扰动观测的二阶系统控制器，其特征在于：实际系统控制单元输出实际控制输入量的方法为：