[发明专利]无时滞名义模型下污水处理设备臭氧浓度滑模抗扰控制方法

权利要求书

1.一种基于无时滞名义模型的垃圾剩余液污水处理设备臭氧浓度滑模抗扰控制方法，其特征在于，包括：

步骤1、滑模控制器将臭氧实际浓度与设计值的差值作为输入量，输出去除误差之后的无时滞名义模型到扰动观测器；

步骤2、扰动观测器将被控变量和系统输出来对系统扰动进行估计，将观测到的系统扰动前馈至前向通道以达到抑制干扰；

步骤3、低通滤波器滤除高频噪声的有效，对低频干扰进行补偿，并将g(s)的逆模型转换为真分式。

2.根据权利要求1所述的一种基于无时滞名义模型的垃圾剩余液污水处理设备臭氧浓度滑模抗扰控制方法，其特征在于，步骤1的具体方法是，滑模控制器根据系统无时滞名义模型及其该模型的反馈设计，具体是：

步骤1.1：针对垃圾剩余液污水处理系统中的臭氧浓度进行控制，引入积分设计滑模函数，即

其中，c为滑模面系数，跟踪误差为y_d为臭氧浓度设定值；

步骤1.2：定义Lyapunov函数为

则

在控制原理中，用Lyapunov函数来判断系统的稳定性，由系统方程

可知对于平衡点s，如果存在一个连续函数V满足

与

那么系统将在平衡点s＝0处平衡，即

步骤1.3：令则即满足Lyapunov第二定律中第一个条件，也第二个条件当满足Lyapunov第二定律的条件，s＝0，s最终会稳定滑模面；

步骤1.4：通常来说，滑模控制律有三种选择：

选择第二个滑模控制律可得

其中，k和δ为带设计参数，sgn s为s的切换函数；

于是

步骤1.5：从而

不等式方程的解为

可见，V(t)指数收敛至0，从而和e(t)的指数收敛速度取决于k；指数项-ks能保证当s较大时，系统状态能以较大的速度趋近于滑动模态。

3.根据权利要求1所述的一种基于无时滞名义模型的垃圾剩余液污水处理设备臭氧浓度滑模抗扰控制方法，其特征在于，扰动观测器通过被控变量和系统输出来对系统扰动进行估计，将观测到的系统扰动前馈至前向通道以达到抑制干扰，降低干扰对被控过程产生的不利影响；如本文控制方法系统框图虚线框1所示，r(s)为系统设定值，u₀(s)为滑模控制器输出，y(s)为实际系统输出量，G_p(s)则为实际被控过程，为系统最小相位部分模型的逆，e^-τ为实际系统的时滞环节；虚线框1内为扰动观测器，d(s)为系统中实际干扰，为扰动观测器的扰动估计值。

4.根据权利要求1所述的一种基于无时滞名义模型的垃圾剩余液污水处理设备臭氧浓度滑模抗扰控制方法，其特征在于，扰动观测器中的低通滤波器具体执行:

步骤3.1：由于阶次过高的相位滞后会对系统产生欠阻尼的不利影响，故低通滤波器的阶次k一般取G_p(s)的相对阶次；系统随着低通滤波器时间常数η的增大而更加稳定，但系统的抗扰动能力会随之降低，故扰动观测器的设计应综合考虑系统的抗干扰性能和鲁棒性；

步骤3.2：Q(s)通常为低通滤波器，加入低通滤波器能够过滤实际系统运行中，带来的外部噪声干扰，而且能将控制对象的最小相位逆模型转换成真分式；

其中，η为滤波器的时间常数，κ为该滤波器的阶次；

步骤3.3：当Q(s)静态增益为1时，可计算出扰动观测器的扰动估计值