[發(fā)明專利]大滯后系統(tǒng)控制方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910201225.2
• 申請日: 2009-12-16
• 公開（公告）號: CN101713961A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁亞軍
• 申請（專利權(quán)）人: 袁亞軍
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 金碎平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種控制方法，尤其涉及一種大滯后系統(tǒng)控制方法。

背景技術(shù)

PID控制算法具有原理簡單、使用方便、適應(yīng)性廣和魯棒性強(qiáng)等特點，因此在控制理論和技術(shù)飛躍發(fā)展的今天，它在工業(yè)控制領(lǐng)域仍具有強(qiáng)大的生命力。圖1是現(xiàn)有閉環(huán)控制系統(tǒng)原理框圖，請參見圖1，PID控制器1接受偏差信號e(t)，輸出控制信號u(t)給執(zhí)行部件2，執(zhí)行部件2驅(qū)動被控對象3，檢測元件4檢測被控對象3的輸出c(t)并提供偏差e(t)給PID控制器1。

PID控制器1是比例、積分、微分控制的簡稱，通過調(diào)節(jié)比例參數(shù)Kp、積分參數(shù)Ki、微分參數(shù)Kd整定，圖2是典型二階系數(shù)單位階躍響應(yīng)偏差曲線，請參見圖2，其中，比例調(diào)節(jié)的特點是簡單、快速，但對帶有滯后的系統(tǒng)，可能產(chǎn)生振蕩，動態(tài)特性也差。比例系數(shù)Kp增大可以加快響應(yīng)速度，減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)偏差，提高控制精度。但是Kp過大會產(chǎn)生較大超調(diào)，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定；若Kp取得過小，能使系統(tǒng)減少超調(diào)量，穩(wěn)定裕度增大，但會降低系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度，使過渡過程時間延長。積分調(diào)節(jié)可消除系統(tǒng)的靜態(tài)偏差，適用于有自平衡性的系統(tǒng)。加大積分系數(shù)Ki有利于減小系統(tǒng)靜差，但過強(qiáng)的積分作用會使超調(diào)量加劇，甚至引起振蕩；減小積分系數(shù)Ki雖然有利于系統(tǒng)穩(wěn)定，避免振蕩，減小超調(diào)量，但又對系統(tǒng)消除靜態(tài)偏差不利。微分調(diào)節(jié)作用主要是針對被控對象的慣性改善動態(tài)特性，它能給出響應(yīng)過程提前制動的減速信號，有助于減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定；同時加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減小調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。Kd的值對響應(yīng)過程影響非常大。若增加微分作用Kd，有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，使超調(diào)量減小，增加穩(wěn)定性，但也會帶來擾動敏感，抑制干擾能力減弱，若Kd過大會使響應(yīng)過程過分提前制動從而延長調(diào)節(jié)時間；反之，若Kd過小，調(diào)節(jié)過程的減速就會滯后，超調(diào)量增加，系統(tǒng)響應(yīng)變慢，穩(wěn)定性變差。因此，對于時變且有不確定性的系統(tǒng)，Kd不應(yīng)取定值，應(yīng)適應(yīng)被控對象時間常數(shù)而隨機(jī)改變。

由上述分析可看出：嚴(yán)格意義上的PID參數(shù)整定是數(shù)學(xué)解，最優(yōu)PID參數(shù)實際上也只是一種折衷，例如有的工況要求無超調(diào)，PID就無能為力；要求對對象建立嚴(yán)格的數(shù)學(xué)模型，這在很多情況下是難以實現(xiàn)的；PID參數(shù)一旦整定，再也沒有調(diào)控手段對參數(shù)及控制過程性能進(jìn)行干預(yù)；對不確定性的復(fù)雜對象因難于數(shù)學(xué)建模用PID控制策略難以進(jìn)行有效控制。對于滯后較大，時間常數(shù)較大，干擾多而劇烈的控制系統(tǒng)，PID控制很難調(diào)節(jié)，控制效果差。因此，人們不斷在簡單的PID控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，改用其他調(diào)節(jié)方式。常見的如串級調(diào)節(jié)，它的特點是兩個調(diào)節(jié)器相串聯(lián)，主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定，適用于時間常數(shù)及沌滯后較大的對象，如加熱爐、蒸餾塔、鍋爐減溫水的汽溫控制；或者在簡單的PID控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加PID前饋控制。此外，一些高級控制方法，如專家控制、自適應(yīng)控制、模糊控制等也開始用于大滯后系統(tǒng)的控制。但由于大滯后系統(tǒng)各個過程變量內(nèi)部存在相關(guān)過程，控制系統(tǒng)相互之間會出現(xiàn)干擾，上述控制方法調(diào)節(jié)復(fù)雜，且仍很難兼顧系統(tǒng)的快速性和穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種大滯后系統(tǒng)控制方法，不但易于調(diào)節(jié)控制，而且能兼顧系統(tǒng)的快速性和穩(wěn)定性。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是提供一種大滯后系統(tǒng)控制方法，根據(jù)偏差輸出控制量，其中，所述方法包括如下步驟：(a)當(dāng)e(k)·Δe(k)＞0時，u(k)＝u(k-1)+kp·Δe(k)；(b)當(dāng)e(k)·Δe(k)＜0時，u(k)＝u(k-1)；(c)當(dāng)Δe(k)＝0時，如果|e(k)|＜emin，u(k)＝u(k-1)，否則，u(k)＝u(k-1)+ki·e(k)，emin為預(yù)設(shè)的期望偏差；Δe(k)＝e(k)-e(k-1)，e(k)為離散化的當(dāng)前采樣時刻的偏差值，e(k-1)為前一個采樣時刻的偏差值，u(k)為當(dāng)前控制器輸出，u(k-1)為前一次控制器輸出，k為自然數(shù)。

上述的控制方法，其中，若|e(k)|＜emin，切換成PID控制。

上述的控制方法，其中，切換前系統(tǒng)的控制周期為T1，切換后系統(tǒng)的控制周期為T2，T1＞T2。

上述的控制方法，其中，若|e(k)|＞emax，切換成棒棒控制。

本發(fā)明對比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果：本發(fā)明提供的控制方法，根據(jù)偏差及其變化趨勢輸出控制量：當(dāng)偏差增大時，采用比例控制增加控制量以便加快響應(yīng)速度；當(dāng)偏差減小時，保持控制量不變以便觀察系統(tǒng)是否趨于穩(wěn)定；當(dāng)偏差保持不變且未達(dá)到控制期望值時，采用積分使系統(tǒng)的輸出不斷逼近期望值。本發(fā)明提供的控制方法易于調(diào)節(jié)控制，且能兼顧系統(tǒng)的快速性和穩(wěn)定性。

附圖說明