[發明專利]一種基于保持型仿人PID的系統控制方法

無效

• 申請號: 201010190132.7
• 申請日: 2010-06-02
• 公開（公告）號: CN101859097A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: 王再英;金晶;郭琳
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

技術領域

本發明屬于PID自動控制技術領域，尤其是涉及一種基于保持型仿人PID的系統控制方法。

背景技術

現如今，負反饋控制系統在工業自動化領域中的應用非常廣泛，結合圖1，一個完整的閉環負反饋控制系統一般由控制器1、執行器2、被控對象3及測量裝置4四個環節組成。其中，測量裝置4用于測量被控對象3的被控變量y大小，并變換成控制器1所需的信號；控制器1根據設定值r₀(t)與測量裝置送來的測量值r(t)進行比較得出的偏差信號e(t)，按一定的運算規律進行運算處理得出相應的控制信號u(t)，并將控制信號傳送給執行器2；執行器2接收控制器1傳送而來的控制信號對被控對象3進行控制，并相應對控制變量y進行調節，從而達到對被控變量y進行控制并使被控變量y穩定到設定值的目的。

實際應用過程中，上述閉環負反饋控制系統的控制器1通常選用PID控制方法，PID控制方法中的積分作用是消除系統余差，結合圖2，普通PID控制器中的積分作用對偏差信號e(t)的控制過程如常規積分曲線i所示，由常規積分曲線i可看出普通PID控制器在一定程度上模擬了人的記憶特性，記憶了偏差信號e(t)變化的全部信息。但是普通PID控制器的積分作用存在以下不足：

①普通PID控制器的積分作用對所有的偏差信號e(t)均同等對待，沒有選擇性；

②只要偏差信號e(t)存在，普通PID控制器就一直進行積分，因而容易造成“積分飽和”。

分析得出：造成普通PID控制器的上述積分控制效果不佳的原因在于沒有很好地體現有經驗的操作人員的控制決策思想。如常規積分曲線i所示，在(t₁，t₂)、(t₃，t₄)、(t₅，t₆)等區間，普通PID控制器的積分控制作用和閉環負反饋控制系統所期望的控制作用相反。正確的控制策略(即閉環負反饋控制系統所期望的控制作用)是：產生一個與偏差信號e(t)的偏差狀態相反的控制作用，盡快減少偏差；而常規積分控制在上述區間卻增加了一個與偏差信號e(t)的偏差狀態同向的控制作用，使|e(t)|增大，積分作用對系統的有效控制幫了倒忙，原因是在(t₀，t₁)區間的積分結果很難被抵消而導致積分控制作用在上述區間與偏差信號e(t)的偏差狀態同向，結果導致系統偏差不能迅速降低而出現較大的超調，使系統動態性能變差，過渡過程時間變長，其中t₀＝0。

實際應用過程中，為了克服常規積分控制作用的不足，采用仿人PID控制器對偏差信號e(t)進行仿人積分控制，仿人PID控制器中的積分作用對偏差信號e(t)的控制過程如仿人積分曲線i₁所示，由仿人積分曲線i₁可看出僅在(t₁，t₂)、(t₃，t₄)、(t₅，t₆)等區間上進行積分。由于仿人積分控制在(t₀，t₁)區間的積分作用為0，因此這種仿人積分控制方法不能單獨使用，可以和比例與微分作用結合，組成比例+仿人積分(或者比例+仿人積分+微分)控制方法。

但是經過對仿人積分控制的深入研究發現，仿人積分控制方法也存在以下兩個不足：

①控制器在(t₀，t₁)區間只有比例作用沒有積分作用，如果比例增益選擇不當就可能導致偏差信號e(t)不能減小到0就反向變大，產生系統余差；

②在(t₁，t₂)、(t₃，t₄)、(t₅，t₆)與(t₇，t₈)區間的積分作用逐漸反向增大，但是在(t₂，t₃)、(t₄，t₅)、(t₆，t₇)與(t₈，t₉)區間的積分作用突然減小到0，因而系統控制作用頻繁突變，導致系統不穩定。

發明內容