基于误差补偿型扩张状态观测器的自抗扰控制方法及系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115933404A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202211667823.0(22)申请日2022.12.23(71)申请人浙江大学杭州国际科创中心地址310000浙江省杭州市萧山区市心北路99号5楼(72)发明人杨琛陈远流居冰峰(74)专利代理机构杭州五洲普华专利代理事务所(特殊普通合伙)33260专利代理师姚宇吉(51)Int.Cl.G05B13/04(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图4页(54)发明名称基于误差补偿型扩张状态观测器的自抗扰控制方法及系统(57)摘要本发明公开一种基于误差补偿型扩张状态观测器的自抗扰控制方法及系统，方法包括：线性自抗扰控制器获取输入信号及扩张状态观测器的各个输出状态，输出第一控制信号；线性自抗扰控制器获取输入信号及扩张状态观测器的各个输出状态，输出第一控制信号；构建扩张状态观测器对输出位移的估计误差模型，将被控对象转化为积分器串联型形式，基于被控对象得到输出位移信号；将输出位移信号及控制输入信号输入至扩张状态观测器，得到各个输出状态；进而反馈至线性自抗扰控制器及输出位移模型中。本发明无需增加观测器带宽的前提下，大幅提升了观测器的估计能力；将误差补偿型扰动观测器与自抗扰控制相结合，进一步提升了自抗扰控制的跟踪性能。CN115933404ACN115933404A权利要求书1/3页1.一种基于误差补偿型扩张状态观测器的自抗扰控制方法，其特征在于，包括以下步骤：线性自抗扰控制器获取输入信号及扩张状态观测器的各个输出状态，输出第一控制信号；构建扩张状态观测器对输出位移的估计误差模型，基于第一控制信号、全扰动信号和扩张状态观测器的估计误差，将被控对象转化为积分器串联型形式，基于所述被控对象得到输出位移信号；将所述输出位移信号及控制输入信号输入至扩张状态观测器，输出扩张状态观测器的各个输出状态；将所述各个输出状态反馈至所述线性自抗扰控制器及输出位移模型中。2.根据权利要求1所述基于误差补偿型扩张状态观测器的自抗扰控制方法，其特征在于，所述扩张状态观测器对位移的估计误差模型，构建过程包括以下步骤：获取第一控制信号及全扰动信息，确定纳米定位台的输出位移；基于所述输出位移、系统阶数以及第三控制信号，构建相应的扩张状态观测器，并得到扩张状态观测器的相关参数及带宽；将纳米定位台的输出位移与扩张状态观测器的第一估计状态相结合，得到扩张状态观测器关于第一状态的估计误差；将所述第一状态的估计误差与第一控制信号相结合得到第二控制信号；将第二控制信号与全扰动信号相结合，得到第三控制信号；将所述扩张状态观测器的所有状态的误差方程组进行拉普拉斯变换，得到扩张状态观测器的第一状态估计误差的频域表达式。3.根据权利要求1所述基于误差补偿型扩张状态观测器的自抗扰控制方法，其特征在于，所述输出位移模型表示为：y(n)＝f+bu其中，y表示输出位移，u表示第一控制信号，f表示全扰动信息，b为第一控制信号的增益。4.根据权利要求1所述基于误差补偿型扩张状态观测器的自抗扰控制方法，其特征在于，将线性自抗扰控制器的实际状态定义为输出位移及位移的各阶导数，表示为x1＝(n‑1)y,...,xn＝y,xn+1＝f则相应的扩张状态观测器表示为：其中，zi(i＝1...n+1)为扩张状态观测器的各个输出状态，表示扩张状态观测器的参数，ωo表示扩张状态观测器的带宽，u表示第一控制信号，当ωo接近预设阈值时，扩张状态观测器的各个输出状态接近线性自抗扰控制器的实际状态，即zi→xi(i＝2CN115933404A权利要求书2/3页1...n)。5.根据权利要求2所述基于误差补偿型扩张状态观测器的自抗扰控制方法，其特征在于，假设第一控制信号表示为：结合输出位移模型得到第一输出位移，所述第一输出位移表示为：则输出位移对应的第一扩张状态观测器的误差表示为：将扩张状态观测器对第一状态估计误差进行拉普拉斯变换，得到扩张状态观测器的观测误差：其中，E1(s)和D1(s)分别是e1和d1的拉普拉斯变换，lne1是残余扰动d1的低频近似。6.根据权利要求1所述基于误差补偿型扩张状态观测器的自抗扰控制方法，其特征在于，所述线性自抗扰控制器表示为：u1＝k1(r‑z1)‑k2z2‑...‑knzn其中，ki(i＝1...n)为线性自抗扰控制器的控制参数。7.根据权利要求1所述基于误差补偿型扩张状态观测器的自抗扰控制方法，其特征在于，假设第二输出位移表示为：则线性自抗扰控制器表示为：u＝(kp(r‑z1)‑kdz2)/b其中，kd＝2ωc，ωc表示控制带宽，扰动d采用方波信号，b表示第一控制信号的增益。8.一种基于误差补偿型扩张状态观测器的自抗扰控制系统，其特征在于，包括第一模块