[发明专利]一种非最小相位系统的双滤波器扰动观测器设计方法

权利要求书

1.一种非最小相位系统的双滤波器扰动观测器设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)：在含有不稳定零点的非最小相位系统中，针对已知的非最小相位对象G(s)，建立正向模型并设计闭环控制器C(s)，构成稳定的单闭环系统；

步骤(2)：将传感器的输出与模型的输出做差，差值被认为是扰动观测器估计到的总扰动；

步骤(3)：进行双滤波器扰动观测器的滤波器一Q₁(s)和滤波器二Q₂(s)的稳定性分析，得到的约束条件用来保证系统的稳定性；

步骤(4)：在保证系统稳定性的基础上，分析包含双滤波器扰动观测器的闭环非最小相位系统的跟踪特性；

步骤(5)：在保证系统稳定性的基础上，分析包含双滤波器扰动观测器的闭环非最小相位系统的扰动抑制特性；

步骤(6)：令滤波器二Q₂(s)＝0，设计双滤波器扰动观测器的滤波器一Q₁(s)＝C(s)，将估计到的总扰动反相前馈到驱动回路，对系统的扰动进行抑制；

步骤(7)：令滤波器二Q₂(s)≠0，在设计好的滤波器一Q₁(s)的基础上，设计双滤波器扰动观测器的滤波器二将估计到的总扰动反相前馈到驱动回路，对系统的扰动进行抑制；

步骤(8)：在闭环非最小相位系统的基础上，使用双滤波器扰动观测器方法进行扰动抑制，可以不改变系统的跟踪特性和稳定性；滤波器一Q₁(s)和滤波器二Q₂(s)中的任意一个单独工作，可以将闭环非最小相位系统的扰动抑制能力提升一倍；滤波器一Q₁(s)和滤波器二Q₂(s)同时工作，可以将闭环非最小相位系统的扰动抑制能力提升两倍。

2.根据权利要求1所述的一种非最小相位系统的双滤波器扰动观测器设计方法，其特征在于：步骤(1)中的非最小相位对象G(s)的正向模型表示如下：

其中N(s)和D(s)是G(s)的最小相位部分，即N(s)＝0和D(s)＝0的根全部在s平面的左半平面；是G(s)的非最小相位部分，的根ξ_i全部在s平面的右半平面，即Re(ξ_i)＞0，对于非最小相位的纯滞后环节e^-τs，可以一阶近似为e^-τs≈(2-τs)/(2+τs)，其中τ＞0代表滞后时间，同样满足非最小相位对象的定义；

真实非最小相位对象G(s)与正向模型之间的数学关系表示为其中表示对象的内部扰动，非最小相位对象G(s)的闭环控制器C(s)可以根据现有任意方法或工具进行设计，构成稳定的单闭环系统。

3.根据权利要求1所述的一种非最小相位系统的双滤波器扰动观测器设计方法，其特征在于：步骤(2)中扰动观测器估计到的扰动包括系统外界的外部扰动和对象与模型之间的内部扰动，外部扰动和内部扰动被合称为系统的总扰动。

4.根据权利要求1所述的一种非最小相位系统的双滤波器扰动观测器设计方法，其特征在于：步骤(3)中滤波器一Q₁(s)和滤波器二Q₂(s)的稳定性约束条件为：

5.根据权利要求1或4所述的一种非最小相位系统的双滤波器扰动观测器设计方法，其特征在于：步骤(4)中，在保证系统稳定性后，包含双滤波器扰动观测器的闭环非最小相位系统的跟踪特性TTF(s)表示为：

因此双滤波器扰动观测器不改变闭环非最小相位系统原本的跟踪特性和稳定性。

6.根据权利要求1或4所述的一种非最小相位系统的双滤波器扰动观测器设计方法，其特征在于：步骤(5)中，在保证系统稳定性后，包含双滤波器扰动观测器的闭环非最小相位系统的扰动抑制特性DTF(s)表示为：

从而滤波器一Q₁(s)和滤波器二Q₂(s)可以同时工作，共同抑制扰动。