李扬等：一种线性自抗扰控制器参数自整定方法 ·1523· 据.控制策略模块输出为比例增益与微分增益{△k。, 着产品质量.经典自抗扰控制器需要整定的参数 △k,}的变化量△k。和△k,经过参数在线优化后变为 众多，参数整定多半依靠经验，对于液压自动位置控制 k=k,(1+△k)和：=k(1+△k).如果此时系统给 这种时变系统，控制器无法做到参数自适应变化，这大 定输出y和模型辨识输出∫(u)误差小于一个足够小 大阻碍了其在液压自动位置控制中的应用. 的正数6时，即可认为系统已达稳态，跳出自整定环 为验证基于数据挖掘的参数自整定线性自抗扰控 节，保存控制参数；如果误差大于δ，则继续上述自整 制器控制算法的有效性，本文对应用于液压自动位置控 定过程直至满足系统稳态要求. 制系统的控制器进行算例研究。通过控制参数自整定， △m-△y回路采样 快速获得提满足性能指标的控制器参数，改善液压自动 位置控制系统动态特性和鲁棒性.仿真与实验结果可 为一类具有系统内部参数摄动、外负载力波动及未建模 趋势知识集判断 动态等不确定因素的复杂工业过程提供控制参考. 3.1系统描述 趋势预估 液压自动位置控制系统是由位移传感器测量液压 缸位移或是轧辊辊缝位移构成的典型闭环反馈控制系 统。典型液压自动位置控制系统主要由控制器、伺服 参数微调策略应用 放大器、电液同服阀和位移传感器几部分组成，如图3 所示（图中x。为液压缸动作的位移量，“为位移量检 大于误差 测值). 输出误差 进入下一 白整定环节 给定 又+控制器 :同服放大器 电液同服阀 液压缸 小于误差 跳出白整定环节 位移传感器 图3液压自动位置控制(HAPC)系统结构图 保存控制参数 Fig.3 Structure diagram of a hydraulic automatic position control system 图1算法流程图 Fig.I Flow chart of the algorithm 以某400mm可逆冷带轧机液压伺服位置系统2) 为例，其开环传递函数为 控制策略 G(s)= Q975x10-3 1.505x10-+1.401x10-8+8.277×10-63+0.021032+0.5783s+1 (10) 被控 对象 本文采用具有代表性的padé降阶算法☒将原始 的五阶模型降阶为三阶模型，并将降阶后的模型作为 原始模型的近似，进行仿真研究。液压自动位置控制 系统的三阶降阶模型为 0.9975 G()=2483×109+0.04206+0.5783s+ (11) 图2基于数据挖掘的参数自整定算法的线性自抗扰控制器 3.2基于参数自整定过程数据的时间序列分析 Fig.2 Self-tuning LADRC controller based on data mining (1)时间序列分析数据处理采集及处理.考虑到 液压自动位置控制系统的时变特性，使式(10)中的增 3仿真与实验研究 益系数在20%的范围内随机上下摄动500次，以模拟 液压自动位置控制(hydraulic automatic position 实际情况下外界扰动和系统自身时变特性 control,,HAPC)是现代轧制工艺中最为重要的技术之 利用本文2.1节中介绍的数据采集方法，依据数 一.液压自动位置控制在板带轧制控制系统中占有非 据采集原则得到时间序列分析原始数据集合，进而对 常重要的地位，其系统响应速度和跟踪精度直接影响 原始数据集合进行线性拟合表示和趋势化处理，并进李 扬等: 一种线性自抗扰控制器参数自整定方法 据． 控制策略模块输出为比例增益与微分增益{ Δkp， Δkd } 的变化量 Δkp 和 Δkd，经过参数在线优化后变为 k'p = kp ( 1 + Δkp ) 和 k'd = kd ( 1 + Δkd ) ． 如果此时系统给 定输出 y 和模型辨识输出 f( u) 误差小于一个足够小 的正数 δ 时，即可认为系统已达稳态，跳出自整定环 节，保存控制参数; 如果误差大于 δ，则继续上述自整 定过程直至满足系统稳态要求． 图 1 算法流程图 Fig． 1 Flow chart of the algorithm 图 2 基于数据挖掘的参数自整定算法的线性自抗扰控制器 Fig． 2 Self-tuning LADＲC controller based on data mining 3 仿真与实验研究 液压 自 动 位 置 控 制 ( hydraulic automatic position control，HAPC) 是现代轧制工艺中最为重要的技术之 一． 液压自动位置控制在板带轧制控制系统中占有非 常重要的地位，其系统响应速度和跟踪精度直接影响 着产品质量［20］． 经典自抗扰控制器需要整定的参数 众多，参数整定多半依靠经验，对于液压自动位置控制 这种时变系统，控制器无法做到参数自适应变化，这大 大阻碍了其在液压自动位置控制中的应用． 为验证基于数据挖掘的参数自整定线性自抗扰控 制器控制算法的有效性，本文对应用于液压自动位置控 制系统的控制器进行算例研究． 通过控制参数自整定， 快速获得提满足性能指标的控制器参数，改善液压自动 位置控制系统动态特性和鲁棒性． 仿真与实验结果可 为一类具有系统内部参数摄动、外负载力波动及未建模 动态等不确定因素的复杂工业过程提供控制参考． 3. 1 系统描述 液压自动位置控制系统是由位移传感器测量液压 缸位移或是轧辊辊缝位移构成的典型闭环反馈控制系 统． 典型液压自动位置控制系统主要由控制器、伺服 放大器、电液伺服阀和位移传感器几部分组成，如图 3 所示( 图中 xp为液压缸动作的位移量，u 为位移量检 测值) ． 图 3 液压自动位置控制( HAPC) 系统结构图 Fig． 3 Structure diagram of a hydraulic automatic position control system 以某 400 mm 可逆冷带轧机液压伺服位置系统［21］ 为例，其开环传递函数为 G( s) = 0. 9975 × 10 － 3 1. 505 × 10 － 11s 5 + 1. 401 × 10 － 8s 4 + 8. 277 × 10 － 6s 3 + 0. 002103s 2 + 0. 5783s + 1． ( 10) 本文采用具有代表性的 padé 降阶算法［22］将原始 的五阶模型降阶为三阶模型，并将降阶后的模型作为 原始模型的近似，进行仿真研究． 液压自动位置控制 系统的三阶降阶模型为 G( s) = 0. 9975 2. 483 × 10 － 5 s 3 + 0. 004206s 2 + 0. 5783s + 1． ( 11) 3. 2 基于参数自整定过程数据的时间序列分析 ( 1) 时间序列分析数据处理采集及处理． 考虑到 液压自动位置控制系统的时变特性，使式( 10) 中的增 益系数在 20% 的范围内随机上下摄动 500 次，以模拟 实际情况下外界扰动和系统自身时变特性． 利用本文 2. 1 节中介绍的数据采集方法，依据数 据采集原则得到时间序列分析原始数据集合，进而对 原始数据集合进行线性拟合表示和趋势化处理，并进 · 3251 ·