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首页速度信号扰动观测器参数优化策略
"基于速度信号的扰动观测器参数整定" 在工业自动化和控制系统领域,扰动观测器是一种重要的工具,它能实时估计系统中出现的外部干扰,从而提高系统的控制精度和鲁棒性。扰动观测器尤其依赖于速度信号,因为它可以有效地捕捉到系统动态变化的信息。本文聚焦于扰动观测器中的一个重要环节——参数整定,特别是针对一阶低通滤波器的参数优化。 一阶低通滤波器是扰动观测器中常用的滤波器类型,它用于平滑信号并去除高频噪声,同时保留系统的主要动态特性。参数整定的目标是找到一组最佳参数,使得滤波器既能有效抑制噪声,又能快速响应扰动。参数整定的难度在于它直接影响到扰动观测器的估计性能,包括估计精度、响应速度以及稳定性。 在该研究中,作者魏伟、李雪媛、左敏和刘载文通过增加一阶低通滤波器的可调参数自由度,使用数值方法来探究不同参数对扰动估计性能的影响。他们可能通过改变滤波器的时间常数或截止频率等参数,分析这些变化如何影响扰动的估计质量。数值方法如模拟或优化算法,可以系统地遍历参数空间,寻找最优解。 通过这样的研究,作者得出的结果对扰动观测器的参数整定具有普遍适用性。这些发现不仅可以为实际应用中的扰动观测器设计提供指导,还能帮助工程师理解参数变化对系统性能的具体影响,从而在没有精确被控对象数学模型的情况下,也能实现有效的控制策略。 这篇论文深入探讨了扰动观测器控制方法的关键问题,即参数整定,特别是对于一阶低通滤波器的参数选择。研究结果为实际工程问题提供了理论支持,有助于提升基于速度信号的扰动观测器的控制性能,进而优化整个系统的运行效果。
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第31卷第11期
计算机仿真
2014年11月
文章编号:1006—9348(2014)1
1—0372—05
基于速度信号的扰动观测器参数整定
魏伟,李雪媛,左敏,刘载文
(北京工商大学计算机与信息工程学院,北京100048)
摘要:由于速度信号的扰动观测器能够实时准确地估计干扰,使得观测器的控制方法无需被控对象精确数学模型而具有良
好的控制性能。扰动观测器的核心是滤波器,参数整定直接影响扰动观测器对扰动的估计性能,是扰动观测器控制方法的
关键和难点。针对滤波器参数整定问题,以常用的一阶低通滤波器为研究对象,增加可调参数的自由度,利用数值方法研究
低通滤波器各参数对扰动估计性能的影响规律,所得结果具有普遍意义,可为扰动观测器参数整定提供有益参考。
关键词:扰动观测器;低通滤波;参数整定
中图分类号:TP273
文献标识码:B
Parameter
Tuning
Rule
for
Velocity
Based
Disturbance
Observer
WEI
Wei.LI
Xue—yuan。ZU0
Min,LIU
Zai—wen
(College
of
Computer
and
Information
Engineering,Beijing
Technology
and
Business
University,Beijing
100048,China)
ABSTRACT:Volocity
based
disturbance
observer
is
able
to
estimate
the
disturbance
accurately,which
makes
the
disturbance
observer
based
control(DOBC)approaches
be
independent
of
the
faithful
model
of
controlled
system
and
behave
good
performance.Filter
is
the
key
part
of
the
disturbance
observer.Parameters
tuning
of
the
fiherwhich
de—
termines
the
performance
of
the
disturbance
observer,to
a
great
extent,,is
the
core
and
difficult
problem
in
DOBC.
For
the
parameter
tuning
rules
of
filters,our
work Was
based
on
the
first-order
low-pass
filter.The
number
of
the
tunable
parameters
of
the
filter
was
added,and
the
relationship
between
the
parameters
of
the
low—pass
filter
and
the
disturbance
estimation
performance
were
studied
by
numerical
simulations.Conclusions
are
common,which
can
be
a
valuable
reference
for
engineers
and
researchers.
KEYWORDS:Disturbance
observers;Low-pass
filter;Parameter
tuning
1
引言
如果没有干扰,系统控制问题将变得简单得多,然而工
业生产过程中干扰无处不在,如果处理不当将导致控制失
效。从这个角度而言,“控制问题就是抗扰问题”【l
J,设计对
各种干扰具有免疫力的鲁棒性强的控制方法一直是学术界
和工程界研究的热点。在控制器设计中,对扰动的处理经历
了从被动到主动的过程。起初,人们对扰动做出各种假设,
然后设计控制器,抑制满足假定条件的扰动,从而达到控制
目标,这种设计方法较为保守。与之相反的是近年来兴起的
基于主动抗扰思想的控制方法,即设计扰动观测器,主动估
计系统扰动并予以实0寸¥t-偿,最终获得期望的控制目标。基
于扰动观测器(Disturbance
Observer,DOB)的控制器设计方
法在伺服控制’2’…、移动机器人控制。41中获得了成功的应
基金项目:北京市自然科学基金资助项目(4132005);北京市属高等
学校高层次人才引进与培养计划项目(YETPl449);国家自
然科学基金资助项目(61
1701
13)
收稿13期:2013—07—02修回日期:2014—04—15
-—.——372.---——
用。因扰动观测器优异的扰动估计性能,它越来越受到人们
的重视,其应用也越来越广泛。针对球磨机系统多变量、强
耦合、时变和时滞等难控因素,文献[5]改变传统控制方式被
动处理这些扰动的思路,引入扰动观测器主动估计扰动并予
以补偿,之后利用双通道PI控制获得了控制品质的大幅提
高;利用相同的思路将改进的扰动观测器与模型预测控制结
合,分别设计控制器部分和扰动观测器部分,消除扰动的同
时提高搅拌釜加热器的控制精度M
J。汲取线性扰动观测器
的思想,继承和发扬线性观测器的优势,文献[7]提出了一种
非线性扰动观测器并给出其稳态和瞬态性能的精确分析。
另一种结构的非线性观测器由Wen—Hua
Chen于2004年提
出‘8
J,文中给出了观测器的全局指数稳定条件以及控制器和
观测器的半全局稳定条件;利用此非线性观测器,文献[9]给
出了非线性模型预测控制和非线性扰动观测器结合的复合
控制结构用于控制小型直升机,增强了直升机对外部干扰的
鲁棒性,并通过直升机在风中悬停和旋转的实验验证了该控
制结构的有效性。为提高电机控制精度,文献[10]讨论了直
线电机速度扰动控制器的设计方法;文献[11]提出了采用
万方数据
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