本發(fā)明涉及過(guò)程控制領(lǐng)域,特別是涉及一種獲取偽二階慣性環(huán)節(jié)的濾波方法和裝置。
背景技術(shù):
在過(guò)程控制實(shí)踐中,跨階控制是普遍存在的,例如將低階控制器用于高階對(duì)象的控制。pid(proportionintegrationdifferentiation)控制器屬于一種二階控制器,pid對(duì)二階對(duì)象具有良好的控制特性。跨階控制對(duì)pid控制是可行的。
將pid用于高階(大于二階)對(duì)象的控制,可通過(guò)參數(shù)降階處理,將高階對(duì)象參數(shù)轉(zhuǎn)換為二階對(duì)象參數(shù),可獲得良好的跨階控制特性。但是將自抗擾控制器adrc(activedisturbancerejectioncontroller)用于跨階控制,存在抗擾性能下降的問題。將一階adrc用于高階對(duì)象控制的抗擾性能將有較大程度的下降,這不是一個(gè)通過(guò)對(duì)象參數(shù)降階處理就能夠較好解決的問題。原因是:理論上,adrc的階數(shù)需要與控制對(duì)象的階數(shù)相對(duì)應(yīng),adrc在階內(nèi)具有優(yōu)良的抗擾控制性能,但跨階控制的抗擾性能有較大程度的下降,這是事物的矛盾性所決定的簡(jiǎn)單道理。對(duì)于高階對(duì)象的adrc控制,直接的解決方法就是增加adrc的階數(shù),但是隨著adrc階數(shù)的增加,adrc的結(jié)構(gòu)也更加趨于復(fù)雜化,構(gòu)造三階以上adrc就相當(dāng)復(fù)雜了,通常adrc的階數(shù)被限制在三階以內(nèi)。因此,對(duì)自抗擾控制器的跨階控制理論研究還有更多值得探討。如果將二階線性自抗擾控制器用于大于二階慣性對(duì)象控制,較好的方法就是將大于二階慣性對(duì)象變換為偽二階慣性環(huán)節(jié)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明提供了一種獲取偽二階慣性環(huán)節(jié)的濾波方法和裝置,解決了將二階自抗擾控制器用于跨階控制時(shí)存在抗擾性能下降的技術(shù)問題,
本發(fā)明實(shí)施例提供的一種獲取偽二階慣性環(huán)節(jié)的濾波方法包括步驟:
s1:通過(guò)模型辨識(shí)獲取慣性對(duì)象的預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù)、預(yù)設(shè)數(shù)增益、預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù),所述慣性對(duì)象表達(dá)為公式:
其中,io(s)為所述慣性對(duì)象的傳遞函數(shù);tα為所述慣性對(duì)象的預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù),單位為s;kα為所述慣性對(duì)象的預(yù)設(shè)數(shù)增益;n為所述慣性對(duì)象的預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù),n大于2且小于16;
s2:設(shè)置第一慣性濾波器的第一慣性階數(shù)、第一慣性常數(shù)、第一增益,所述第一慣性濾波器表達(dá)為公式:
其中,if1(s)為所述第一慣性濾波器的傳遞函數(shù);n1為所述第一慣性濾波器的第一慣性階數(shù);tα1為所述第一慣性濾波器的第一慣性常數(shù),單位為s;kα1為所述第一慣性濾波器的第一增益;
s3:設(shè)置第二慣性濾波器的第二慣性階數(shù)、第二慣性階數(shù)、第二增益,所述第二慣性濾波器表達(dá)為公式:
其中,if2(s)為所述第二慣性濾波器的傳遞函數(shù);n2為所述第二慣性濾波器的第二慣性階數(shù);tα2為所述第二慣性濾波器的第二慣性常數(shù),單位為s;kα2為所述第二慣性濾波器的第二增益;
s4:設(shè)置所述第一慣性階數(shù)等于2、設(shè)置所述第二慣性階數(shù)等于所述預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)、設(shè)置所述第一慣性常數(shù)等于所述預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù)、設(shè)置所述第二慣性常數(shù)等于所述預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù)、設(shè)置所述第一增益等于所述預(yù)設(shè)數(shù)增益、設(shè)置所述第二增益等于所述預(yù)設(shè)數(shù)增益;
s5:將所述第一慣性濾波器與第二慣性濾波器按所述第一慣性濾波器與所述第二慣性濾波器并聯(lián)并將所述第一慣性濾波器的輸出與所述第二慣性濾波器的輸出進(jìn)行減法運(yùn)算的方式進(jìn)行組合,形成組合濾波器,所述組合濾波器表達(dá)為公式:
f(s)=if1(s)-if2(s)
其中,f(s)為所述組合濾波器的傳遞函數(shù);if1(s)為所述第一慣性濾波器的傳遞函數(shù);if2(s)為所述第二慣性濾波器的傳遞函數(shù);
s6:將慣性對(duì)象與組合濾波器進(jìn)行并聯(lián),將慣性對(duì)象的輸出與外繞傳遞信號(hào)疊加并與組合濾波器的輸出進(jìn)行加法運(yùn)算獲取偽二階慣性環(huán)節(jié),所述偽二階慣性環(huán)節(jié)表達(dá)為公式:
其中,foio(s)為所述偽二階慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù);io(s)為所述慣性對(duì)象的傳遞函數(shù);f(s)為所述組合濾波器的傳遞函數(shù);tα為所述預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù),單位為s;tα1為所述第一慣性常數(shù),單位為s;n為所述預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù),n大于2且小于16;n1為所述第一慣性階數(shù);n2為所述第二慣性階數(shù);kα為所述預(yù)設(shè)數(shù)增益;kα1為所述第一增益;kα2為所述第二增益;
s7:將所述偽二階慣性環(huán)節(jié)輸入二階線性自抗擾控制器。
本發(fā)明實(shí)施例中提供的一種獲取偽二階慣性環(huán)節(jié)的濾波裝置,包括預(yù)定的慣性對(duì)象、二階線性自抗擾控制器、模型辨識(shí)單元、2個(gè)以上慣性濾波器、1個(gè)以上減法運(yùn)算單元、加法運(yùn)算單元;
所述模型辨識(shí)單元的輸出端分別與所述第一慣性濾波器和的第二慣性濾波器的輸入端相連,所述第一慣性濾波器的輸出端和所述第二慣性濾波器的輸出端分別與所述減法運(yùn)算單元的輸入端相連;
將所述第一慣性濾波器與第二慣性濾波器按所述第一慣性濾波器與所述第二慣性濾波器并聯(lián)并將所述第一慣性濾波器的輸出與所述第二慣性濾波器的輸出進(jìn)行減法運(yùn)算的方式進(jìn)行組合,形成組合濾波器;
所述組合濾波器與所述慣性對(duì)象并聯(lián),所述組合濾波器的輸出端和所述慣性對(duì)象的輸出端與加法運(yùn)算單元的輸出端相連,所述加法運(yùn)算單元的輸出端與所述二階線性自抗擾控制器的輸入端相連;
所述第一慣性濾波器表達(dá)為公式:
其中,if1(s)為所述第一慣性濾波器的傳遞函數(shù);n1為所述第一慣性濾波器的第一慣性階數(shù);tα1為所述第一慣性濾波器的第一慣性常數(shù),單位為s;kα1為所述第一慣性濾波器的第一增益;
所述第二慣性濾波器表達(dá)為公式:
其中,if2(s)為所述第二慣性濾波器的傳遞函數(shù);n2為所述第二慣性濾波器的第二慣性階數(shù);tα2為所述第二慣性濾波器的第二慣性常數(shù),單位為s;kα2為所述第二慣性濾波器的第二增益;
所述組合濾波器的組合過(guò)程表達(dá)為公式:
f(s)=if1(s)-if2(s)
其中,f(s)為所述組合濾波器的傳遞函數(shù);if1(s)為所述第一慣性濾波器的傳遞函數(shù);if2(s)為所述第二慣性濾波器的傳遞函數(shù)。
從以上技術(shù)方案可以看出,本發(fā)明實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn):
通過(guò)各種模型辨識(shí)方法獲得慣性對(duì)象的預(yù)設(shè)數(shù)參數(shù);將濾波器依次組合形成組合濾波器;將慣性對(duì)象與組合濾波器進(jìn)行并聯(lián),獲取偽二階慣性環(huán)節(jié),將偽二階慣性環(huán)節(jié)輸入二階線性自抗擾控制器,解決了將慣性對(duì)象轉(zhuǎn)換為偽二階慣性環(huán)節(jié)的技術(shù)問題。
附圖說(shuō)明
為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例,對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例中組合濾波器組合過(guò)程示意圖;
圖2為本發(fā)明實(shí)施例中組合濾波器與慣性對(duì)象并聯(lián)示意圖;
圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的一種獲取偽二階慣性環(huán)節(jié)的濾波方法用于大于一階慣性對(duì)象的一階線性自抗擾控制的示意圖;
圖4為本發(fā)明實(shí)施例中的一種獲取偽二階慣性環(huán)節(jié)的濾波裝置用于四階慣性對(duì)象的跨階控制與二階線性自抗擾控制器用于四階慣性對(duì)象的跨階控制實(shí)驗(yàn)效果對(duì)比圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種獲取偽二階慣性濾波方法和裝置,解決了將自抗擾控制器用于跨階控制時(shí),存在抗擾性能下降的技術(shù)問題。
為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點(diǎn)能夠更加的明顯和易懂,下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,下面所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而非全部的實(shí)施例?;诒景l(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
請(qǐng)參閱圖1-圖3,本發(fā)明實(shí)施例提供的一種獲取偽二階慣性環(huán)節(jié)的濾波方法的一個(gè)實(shí)施例,包括步驟:
s1:通過(guò)模型辨識(shí)獲取慣性對(duì)象的預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù)、預(yù)設(shè)數(shù)增益、預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù),所述慣性對(duì)象表達(dá)為公式:
其中,io(s)為慣性對(duì)象的傳遞函數(shù);tα為慣性對(duì)象的預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù),單位s;kα為慣性對(duì)象的預(yù)設(shè)數(shù)增益,單位無(wú)量綱;n為慣性對(duì)象的預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù),單位無(wú)量綱;
獲取慣性對(duì)象的參數(shù),可通過(guò)各種模型辨識(shí)方法獲得到慣性對(duì)象的預(yù)設(shè)數(shù)參數(shù)。慣性對(duì)象表達(dá)為公式(1):
式中,io(s)為慣性對(duì)象的傳遞函數(shù);tα為預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù),單位s;kα為預(yù)設(shè)數(shù)增益,單位無(wú)量綱;n為預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù),單位無(wú)量綱;所述預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)n>2,所述預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)n不能無(wú)窮大,限制所述預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)n<16。
s2:設(shè)置第一慣性濾波器的第一慣性階數(shù)、第一慣性常數(shù)、第一增益,所述第一慣性濾波器表達(dá)為公式:
其中,if1(s)為第一慣性濾波器的傳遞函數(shù);n1為第一慣性濾波器的第一慣性階數(shù),單位無(wú)量綱;tα1為第一慣性濾波器的第一慣性常數(shù),單位s;kα1為第一慣性濾波器的第一增益,單位無(wú)量綱;
設(shè)置第一慣性濾波器,第一慣性濾波器表達(dá)為公式:
式中,if1(s)為所述第一慣性濾波器的傳遞函數(shù);n1為第一慣性階數(shù),單位無(wú)量綱;tα1為第一慣性常數(shù),單位s;kα1為第一增益,單位無(wú)量綱。
s3:設(shè)置第二慣性濾波器的第二慣性階數(shù)、第二慣性階數(shù)、第二增益,所述第二慣性濾波器表達(dá)為公式:
其中,if2(s)為第二慣性濾波器的傳遞函數(shù);n2為第二慣性濾波器的第二慣性階數(shù),單位無(wú)量綱;tα2為第二慣性濾波器的第二慣性常數(shù),單位s;kα2為第二慣性濾波器的第二增益,單位無(wú)量綱;
設(shè)置第二慣性濾波器,第二慣性濾波器表達(dá)為公式:
式中,if2(s)為所述第二慣性濾波器的傳遞函數(shù);n2為第二慣性階數(shù),單位無(wú)量綱;tα2為第二慣性常數(shù),單位s;kα2為第二增益,單位無(wú)量綱。
s4:設(shè)置所述第一慣性階數(shù)等于2、設(shè)置所述第二慣性階數(shù)等于所述預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)、設(shè)置所述第一慣性常數(shù)等于所述預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù)、設(shè)置所述第二慣性常數(shù)等于所述預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù)、設(shè)置所述第一增益等于所述預(yù)設(shè)數(shù)增益、設(shè)置所述第二增益等于所述預(yù)設(shè)數(shù)增益;
設(shè)置所述第一慣性階數(shù)等于2;設(shè)置所述第二慣性階數(shù)等于所述預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù);設(shè)置所述第一慣性常數(shù)等于所述預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù);設(shè)置所述第二慣性常數(shù)等于所述預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù);設(shè)置所述第一增益等于所述預(yù)設(shè)數(shù)增益;設(shè)置所述第二增益等于所述預(yù)設(shè)數(shù)增益;表達(dá)為公式:
n1=2,
n2=n,
tα1=tα,
tα2=tα,
kα1=kα,
kα2=kα
其中n為所述預(yù)設(shè)數(shù)慣性階數(shù),n1為所述第一慣性階數(shù),n2為所述第二慣性階數(shù),tα為所述預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù),tα1為所述第一慣性常數(shù),tα2為所述第二慣性常數(shù),kα為所述預(yù)設(shè)數(shù)頻率增益,kα1為所述第一增益,kα2為所述第二增益。
s5:將所述第一慣性濾波器與第二慣性濾波器按所述第一慣性濾波器與所述第二慣性濾波器并聯(lián)并將所述第一慣性濾波器的輸出與所述第二慣性濾波器的輸出進(jìn)行減法運(yùn)算的方式進(jìn)行組合,形成組合濾波器,所述組合濾波器表達(dá)為公式:
f(s)=if1(s)-if2(s)
其中,f(s)為所述組合濾波器的傳遞函數(shù);if1(s)為所述第一慣性濾波器的傳遞函數(shù);if2(s)為所述第二慣性濾波器的傳遞函數(shù);
將所述第一濾波器到所述第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器進(jìn)行組合,將所述第一慣性濾波器到所述第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)慣性濾波器按所述第一慣性濾波器與所述第二慣性濾波器并聯(lián)并將所述第一慣性濾波器的輸出與所述第二慣性濾波器的輸出進(jìn)行減法運(yùn)算的方式依次組合,形成組合濾波器,獲得組合濾波器,表達(dá)為公式:
f(s)=if1(s)-if2(s)
式中,f(s)為組合濾波器的傳遞函數(shù);if1(s)為所述第一慣性濾波器的傳遞函數(shù);if2(s)為所述第二慣性濾波器的傳遞函數(shù)。
s6:將慣性對(duì)象與組合濾波器進(jìn)行并聯(lián),將慣性對(duì)象的輸出與外繞傳遞信號(hào)疊加并與組合濾波器的輸出進(jìn)行加法運(yùn)算獲取偽二階慣性環(huán)節(jié),所述偽二階慣性環(huán)節(jié)表達(dá)為公式:
其中,foio(s)為所述偽二階慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù);io(s)為所述慣性對(duì)象的傳遞函數(shù);f(s)為所述組合濾波器的傳遞函數(shù);tα為所述預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù);tα1為所述第一慣性常數(shù);n為所述預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù);n1為所述第一慣性階數(shù);n2為所述第二慣性階數(shù);kα為所述預(yù)設(shè)數(shù)增益;kα1為所述第一增益;kα2為所述第二增益;
將所述慣性對(duì)象與所述組合濾波器進(jìn)行并聯(lián),獲取偽二階慣性環(huán)節(jié);表達(dá)為公式:
式中,foio(s)為偽二階慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù);io(s)為所述慣性對(duì)象的傳遞函數(shù);f(s)為所述組合濾波器的傳遞函數(shù);tα為所述預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù),單位s;tα1為所述第一慣性常數(shù),單位s;n為所述預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù),單位無(wú)量綱;n1為所述第一慣性階數(shù),單位無(wú)量綱;n2為所述第二慣性階數(shù),單位無(wú)量綱;kα為所述預(yù)設(shè)數(shù)增益,單位無(wú)量綱;kα1為所述第一增益,單位無(wú)量綱;kα2為所述第二增益,單位無(wú)量綱;
將所述慣性對(duì)象與所述組合濾波器進(jìn)行并聯(lián),如圖2所示,將所述慣性對(duì)象轉(zhuǎn)換為所述偽二階慣性環(huán)節(jié)。
s7:將所述偽二階慣性環(huán)節(jié)輸入二階線性自抗擾控制器。
將所述偽二階慣性環(huán)節(jié)輸入二階線性自抗擾控制器,所述組合濾波器用于大于二階慣性對(duì)象的二階線性自抗擾控制。
本實(shí)施例中,通過(guò)各種模型辨識(shí)方法獲得到慣性對(duì)象的預(yù)設(shè)數(shù)參數(shù);將濾波器依次組合形成組合濾波器;將慣性對(duì)象與組合濾波器進(jìn)行并聯(lián),獲取偽二階慣性環(huán)節(jié),將所述慣性對(duì)象轉(zhuǎn)換為所述偽二階慣性環(huán)節(jié),解決了將自抗擾控制器用于跨階控制時(shí),存在抗擾性能下降的技術(shù)問題。
請(qǐng)參閱圖1-圖4,本發(fā)明實(shí)施例提供的一種獲取偽二階慣性環(huán)節(jié)的濾波裝置的一個(gè)實(shí)施例,包括:
四階慣性對(duì)象、二階線性自抗擾控制器、模型辨識(shí)單元、2個(gè)以上慣性濾波器、1個(gè)以上減法運(yùn)算單元、加法運(yùn)算單元;
如圖1所示,所述模型辨識(shí)單元的輸出端分別與所述第一慣性濾波器和的第二慣性濾波器的輸入端相連,所述第一慣性濾波器的輸出端和所述第二慣性濾波器的輸出端分別與所述減法運(yùn)算單元的輸入端相連;
如圖1所示,所述第一濾波器到所述第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器按所述第一濾波器與所述第二濾波器并聯(lián)且所述第一濾波器的輸出與所述第二濾波器的輸出進(jìn)行減法運(yùn)算的方式依次組合形成組合濾波器;
如圖2所示,將慣性對(duì)象與組合濾波器進(jìn)行并聯(lián),將慣性對(duì)象的輸出與外繞傳遞信號(hào)疊加并與組合濾波器的輸出進(jìn)行加法運(yùn)算,所述組合濾波器的輸出端和所述慣性對(duì)象的輸出端與加法運(yùn)算單元的輸出端相連;
如圖3所示,所述加法運(yùn)算單元的輸出端與所述二階線性自抗擾控制器的輸入端相連;
所述第一慣性濾波器表達(dá)為公式:
其中,if1(s)為所述第一慣性濾波器的傳遞函數(shù);n1為所述第一慣性濾波器的第一慣性階數(shù);tα1為所述第一慣性濾波器的第一慣性常數(shù),單位為s;kα1為所述第一慣性濾波器的第一增益;
所述第二慣性濾波器表達(dá)為公式:
其中,if2(s)為所述第二慣性濾波器的傳遞函數(shù);n2為所述第二慣性濾波器的第二慣性階數(shù);tα2為所述第二慣性濾波器的第二慣性常數(shù),單位為s;kα2為所述第二慣性濾波器的第二增益;
所述組合濾波器的組合過(guò)程表達(dá)為公式:
f(s)=if1(s)-if2(s)
其中,f(s)為所述組合濾波器的傳遞函數(shù);if1(s)為所述第一慣性濾波器的傳遞函數(shù);if2(s)為所述第二慣性濾波器的傳遞函數(shù)。
如圖4所示,將獲取偽二階慣性環(huán)節(jié)的裝置用于四階慣性對(duì)象的跨階控制并與二階線性自抗擾控制器用于四階慣性對(duì)象的跨階控制在tα=100s,kα=1,外擾傳遞為一階慣性環(huán)節(jié),慣性常數(shù)10s,慣性增益1時(shí),用pv(t)表達(dá)過(guò)程輸出信號(hào),得到對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
本實(shí)施例中,通過(guò)各種模型辨識(shí)方法獲得到慣性對(duì)象的預(yù)設(shè)數(shù)參數(shù);將濾波器依次組合形成組合濾波器;將慣性對(duì)象與組合濾波器進(jìn)行并聯(lián),獲取偽二階慣性環(huán)節(jié),將所述慣性對(duì)象轉(zhuǎn)換為所述偽二階慣性環(huán)節(jié),解決了將自抗擾控制器用于跨階控制時(shí),存在抗擾性能下降的技術(shù)問題,顯示出本發(fā)明在抗外擾性能上具有良好的優(yōu)勢(shì)。
所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到,為描述的方便和簡(jiǎn)潔,上述描述的系統(tǒng),裝置和單元的具體工作過(guò)程,可以參考前述方法實(shí)施例中的對(duì)應(yīng)過(guò)程,在此不再贅述。
以上所述,以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案,而非對(duì)其限制;盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改,或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;而這些修改或者替換,并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。