[发明专利]一种线性自抗扰控制的动态无扰切换方法

说明书

一种线性自抗扰控制的动态无扰切换方法，属于工业自动化技术领域。该方法包括一阶线性自抗扰控制器和二阶线性自抗扰控制器的动态无扰切换方法。该动态无扰切换方法分别包括的跟踪算法，以及自抗扰控制与比例‑积分‑微分控制、手动控制三者之间的切换逻辑。本发明所提出的动态无扰切换方法，不仅可以在被控量等于设定值的稳态情况下，也可以在被控量不等于设定值的动态调节过程中实现无扰切换，保证控制量在切换过程中无跳变。仿真测试结果验证了该动态无扰切换方法的有效性，弥补了既有无扰切换方法的不足。

技术领域

本发明属于工业自动化领域，特别涉及一种线性自抗扰控制的动态无扰切换方法。

背景技术

自抗扰控制(Active disturbance rejection control,ADRC)是当前工业控制领域中一种具有巨大应用潜力的先进控制方法。它具有不依赖被控对象数学模型、结构简单、抗扰能力强和鲁棒性强等优点。但当前工业控制中的所采用的控制方法大部分仍是比例-积分-微分(Proportional-integral-derivative,PID)控制。在工业过程中创新性地应用自抗扰控制的方式，通常是与原有的比例-积分-微分控制器并联，当运行模型处于自动状态时，再在自抗扰控制与比例-积分-微分控制之间进行切换选择。在部分测试、事故处理等需要人工干预的情况，系统的运行模型需要处于手动(Manual,MAN)状态，因此，对于自抗扰控制的投入运行来说，需要处理自抗扰、比例-积分-微分和手动这三种控制模式的切换。

但由于不同控制算法的控制量输出计算方式不同，在工业过程控制中，新的自抗扰控制器的投入会造成控制量的突变，从而对控制系统造成冲击。因此，自抗扰控制器的投入必须配套相应的无扰切换算法，以保证切换过程中控制量的平稳过渡，保障工业控制过程的安全性和可靠性。

现有的自抗扰控制无扰切换方法，仅考虑在稳态情况下的切换，也就是说在系统达到稳态，被控量等于设定值时进行切换。而实际的工业过程，尤其是热力过程，由于频繁扰动的存在，被控制量很多时候处于波动之中，系统大多时候并非处于严格的稳态之中。在动态过程中进行切换，也就是被控制不等于设定值时进行切换，是实际工业过程中面临的现实。而现有的稳态无扰切换方法，在动态时切换不能保证完全无扰，控制量会产生突变。因此，需要提出一种适用于工业控制的自抗扰动态无扰切换方法。

发明内容

针对现有自抗扰稳态无扰切换存在的在动态切换不能保证控制控制量无突变的问题，本发明的目的是提出一种新的自抗扰动态无扰切换方法，以保证自抗扰控制在工业系统运行中的平稳投入，为自抗扰控制在工业过程的大范围应用提供支持。

本发明的技术方案如下：

一种一阶线性自抗扰控制的动态无扰切换方法，其特征在于该方法包括跟踪算法和切换逻辑：

1)一阶线性自抗扰控制的跟踪算法：

当自抗扰控制是否跟踪的状态指令为1时，比例-积分-微分控制或者手动控制处于投入运行状态，自抗扰控制量输出要时刻跟踪手操器的实际控制量输出；在切换前，一阶自抗扰控制器的扩张状态观测器各状态z₁(k)和z₂(k)的输出应跟踪为:

式中，k表示控制系统的当前计算步序；β₁,β₂,k_p和b₀分别是一阶自抗扰控制的控制参数；r(k)和y(k)分别是控制系统的当前k时刻的设定值和被控量；U_M/P/A(k)是手操器的实际控制量输出；

在切换前，自抗扰控制量输出U_A(k)计算方式为：