[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

说明书

基于参考模型和扰动观测的二阶系统控制器，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。本发明提供一种基于参考模型和扰动观测的二阶系统控制器及控制方法，调整参数少，抗扰性能好，鲁棒性强，扰动估计的精度和控制效率更高。

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，具体的说是基于参考模型和扰动观测的二阶系统控制器及控制方法。

背景技术

许多机电系统、例如机器人、光电稳定平台、雷达伺服系统等都可以简化为一个二阶系统，但是由于机电系统的实际建模通常存在一些误差，主要包括模型参数时变和误差，系统的未建模动态以及外部扰动，这些扰动会影响系统的实际输出，从而造成控制系统性能下降，甚至造成系统发散。目前，在各种工业应用场合，绝大多数是采用传统的PID控制，它对存在较大扰动的对象控制效果较差。在一些高精度和快速响应的应用领域，PID无法满足高性能控制系统指标的要求。例如：机器人、数控机床、光刻机等。

因此，如何消除被控对象各种扰动的影响，成为控制系统设计者需要解决的首要问题。其中，应用扰动观测器补偿是一种重要的方法，通过扰动观测器实时估计系统的扰动量，然后在控制律中进行补偿。在这种方法中，提高扰动观测器的估计精度至关重要。在20世纪90年代初，韩京清教授提出了自抗扰控制技术，近30年来，其工程应用和理论研究不断发展。自抗扰控制具有抗扰性能好、鲁棒性强、精度高等优点，目前，已应用于电机控制、火力发电、化工石化、航空航天等控制领域，取得了较好的控制效果，有较高工程应用价值。高志强教授将线性自抗扰控制(LADRC)的主要参数分别对应为控制器带宽、观测器带宽，减少了整定参数的数量。由于线性自抗扰控制参数调整比较方便，在越来越多的工程控制场合得到应用。在一些控制场合，自抗扰控制代替了传统的PID控制，但是LADRC的精度还是较低，并且控制输入量较大。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种基于参考模型和扰动观测的二阶系统控制器及控制方法，调整参数少，抗扰性能好，鲁棒性强，扰动估计的精度和控制效率更高。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：基于参考模型和扰动观测的二阶系统控制器，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。

基于参考模型和扰动观测的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；

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。