一種用於自動控制的比例積分微分控制器的設計方法

2023-06-02 11:02:01 1

一種用於自動控制的比例積分微分控制器的設計方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於自動控制的比例積分微分控制器的設計方法，屬於自動控制【技術領域】。本設計方法包括兩個迭代的設計步驟，第一個步驟是定義各個採樣點的控制效果及累積控制效果逼近函數的基函數向量，通過最小二乘方法計算累積控制效果逼近函數的參數向量；第二個步驟是根據累積控制效果逼近函數更新比例增益、積分增益和微分增益。本設計方法可以在被控對象的在線運行中進行，無需停機就可以進行控制器的參數設計；可以根據用戶設定的控制效果評價函數，優化比例積分微分控制器的性能；本方法減少了比例積分微分控制器參數設計的難度和複雜度；對控制對象的工作點變化和模型變化具有自適應能力。
【專利說明】—種用於自動控制的比例積分微分控制器的設計方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於自動控制的比例積分微分控制器的設計方法，屬於自動控制【技術領域】。
【背景技術】
[0002]用於自動控制的比例積分微分控制器(Proportional-1ntegral-DerivativeController，以下簡稱PID)是工程中最為常用的一類控制器。據不完全統計，90%以上的工業控制器是比例積分微分控制器。由於比例積分微分參數的物理意義非常明確，現場工程師通常憑藉經驗手動調試比例參數、積分參數和微分參數。但工程實際表明，手動調試的比例積分微分控制器性能有待進一步提高。因此，系統化、最優化的比例積分微分控制器參數設計方法成為控制理論與工程界研究的一個熱點。
[0003]2010 年，K.Kim 等在 IEEE Transactions on Industrial Application (46 卷，1518 - 1524頁)上發表Self-tuning of the PID controller for a digital excitationcontrol system 一文。該文提出兩種設計比例積分微分控制器參數的方法，零極點對消方法和極點配置方法。具體地，零極點對消方法需要首先建立控制對象在頻域的傳遞函數，之後設計比例積分微分控制器的參數，使得傳遞函數中出現能消除主導極點的零點，這樣達到提高系統系統穩定性和響應速度的目標。極點配置方法也需要首先建立控制對象在頻域的傳遞函數，之後設計比例積分微分控制器的參數，使得傳遞函數的極點可以在複平面按照用戶的設計目標任意配置，達到提高系統系統穩定性和響應速度的目標。
[0004]上述的設計比例積分微分控制器參數的零極點對消方法和極點配置方法，都依賴於控制對象的數學模型，且缺少優化手段，無法獲得最優的控制效果。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是提出一種用於自動控制的比例積分微分控制器的設計方法，採用策略迭代(Policy Iteration)方法,通過評估當前比例積分微分控制器的控制效果,實現對比例積分微分控制器的不斷更新，進而逼近最優的比例積分微分控制器。
[0006]本發明提出的用於自動控制的比例積分微分控制器的設計方法，包括以下步驟:
[0007](I)設比例積分微分控制器的控制對象為:
[0008]xk+1 = f (xk) +g (xk) Uk
[0009]其中，X為控制對象的狀態，k為對控制對象狀態的採樣時間，Xk為控制對象在第k個採樣點的狀態向量，k = I, 2，3-, f (xk)為控制對象的當前時刻狀態與下一時刻狀態的
關係函數，g(xk)為控制對象的當前時刻控制與下一時刻狀態的關係函數，Uk為比例積分微
分控制器的控制參數
【權利要求】
1.一種用於自動控制的比例積分微分控制器的設計方法，其特徵在於該設計方法包括以下步驟: (1)設比例積分微分控制器的控制對象為: xk+l 一 f (Xk) +g (Xk) Uj5 其中，X為控制對象的狀態，k為對控制對象狀態的採樣時間，Xk為控制對象在第k個採樣點的狀態向量，k = 1,2,3-, f(xk)為控制對象的當前時刻狀態與下一時刻狀態的關係函數，g(xk)為控制對象的當前時刻控制與下一時刻狀態的關係函數，Uk為比例積分微分控制器的控制參數，
【文檔編號】G05B11/42GK103809432SQ201410026093
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年1月20日 優先權日:2014年1月20日
【發明者】劉鋒, 郭文濤, 劉璋瑋, 梅生偉 申請人:清華大學