[發(fā)明專利]基于逆動力學(xué)模型的自適應(yīng)PID控制器的設(shè)計(jì)方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910190906.3
• 申請日: 2009-09-21
• 公開（公告）號: CN101673085A
• 公開（公告）日: 2010-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王廣軍;陳紅;王志杰
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02;G06N7/02
• 代理公司: 重慶中之信知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所
• 代理人: 袁慶民

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)過程自動控制領(lǐng)域，尤其涉及對工業(yè)過程進(jìn)行自適應(yīng)PID控制的技術(shù)。

背景技術(shù)

自適應(yīng)控制(Adaptive?Control)是一類能夠自動修正控制規(guī)律及控制特性、以適應(yīng)對象 和擾動的動態(tài)特性變化的控制方法。自適應(yīng)PID控制和自適應(yīng)逆控制是兩類典型的自適應(yīng)控 制方式。

PID控制器結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性強(qiáng)、可靠性高，在工業(yè)過程控制中占有主導(dǎo)地位。自適應(yīng) PID控制屬于一類參數(shù)自整定PID控制。自適應(yīng)PID控制能夠根據(jù)控制對象特性的變化在線 調(diào)整PID控制器的特征參數(shù)，以提高PID控制器對于控制對象的自適應(yīng)能力。目前，比較成 熟的自適應(yīng)PID控制方法主要有兩種，即基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)PID控制方法和基于遺傳算 法的自適應(yīng)PID控制方法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的逼近非線性函數(shù)的能力和自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力， 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)PID控制方法利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對PID控制器的特征參數(shù)進(jìn)行在線整定， 獲得與控制對象特性相匹配的控制規(guī)律，以提高PID控制器的自適應(yīng)能力。但是，由于神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)在學(xué)習(xí)過程中收斂速度較慢，且容易陷入局部最小點(diǎn)，嚴(yán)重地影響了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自 適應(yīng)PID控制方法的實(shí)際效果。遺傳算法是一種全局搜索優(yōu)化算法，基于遺傳算法的自適應(yīng) PID控制方法可以在全局范圍內(nèi)確定PID控制參數(shù)的最佳值。但是，由于其在優(yōu)化過程的搜 索時間將顯著增加，從而嚴(yán)重地影響了控制系統(tǒng)的在線自適應(yīng)能力。

自適應(yīng)逆控制的基本思想在于，通過在線辨識產(chǎn)生控制對象的逆動力學(xué)模型，以該逆動 力學(xué)模型作為串聯(lián)控制器對系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制。自適應(yīng)逆控制能夠在一定程度上避免因反饋 而可能引起的不穩(wěn)定，同時又能做到對系統(tǒng)動態(tài)特性的控制與對象擾動的控制分開處理而互 不影響，在近十幾年來得到了迅速發(fā)展。王廣軍等發(fā)明的控制系統(tǒng){王廣軍，陳紅，唐勝利 等.一種自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法[P].中國專利：CN100489704C，2009-05-20}就 是一種自適應(yīng)逆控制系統(tǒng)，其主要特征在于，將模糊控制規(guī)則的獲取歸結(jié)為控制對象逆動力 學(xué)過程模糊辨識問題，通過控制對象逆動力學(xué)模糊規(guī)則辨識構(gòu)造模糊自適應(yīng)逆控制系統(tǒng)。該 發(fā)明與已有的自適應(yīng)逆控制方法一樣，本質(zhì)上屬于開環(huán)控制，控制系統(tǒng)的魯棒性較差，控制 性能對逆動力學(xué)模型的準(zhǔn)確性具有十分明顯的依賴性，從而直接地影響了此類控制系統(tǒng)的實(shí) 際應(yīng)用效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于逆動力學(xué)模型的自適應(yīng)PID控制 器的設(shè)計(jì)方法。依據(jù)該設(shè)計(jì)方法獲得的控制器具有良好的自適應(yīng)能力和良好的魯棒性。

為實(shí)現(xiàn)所述目的，提供這樣一種基于逆動力學(xué)模型的自適應(yīng)PID控制器的設(shè)計(jì)方法，其 特征在于，該設(shè)計(jì)方法包括如下步驟：

①構(gòu)造控制對象逆動力學(xué)模糊規(guī)則模型結(jié)構(gòu)，以及與PID控制器對應(yīng)的控制對象的逆 動力學(xué)模糊規(guī)則模型輸入向量的結(jié)構(gòu)；建立包含N組數(shù)據(jù)的控制對象逆動力學(xué)模糊規(guī)則模型 的辨識樣本集X；

控制對象逆動力學(xué)模糊規(guī)則模型包括c條模糊規(guī)則，其中的第i條模糊規(guī)則Rⁱ為：

Rⁱ：if?x(k)isthenui(k)=θiT(k)x(k)]]>其中，i＝1，2，...，c