[發(fā)明專利]增量式PI參數(shù)時(shí)變智能優(yōu)化控制

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210290083.3
• 申請(qǐng)日: 2012-08-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103592844A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王景芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 王景芳
• 主分類(lèi)號(hào): G05B13/00
• 分類(lèi)號(hào): G05B13/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種增量式PI參數(shù)時(shí)變智能優(yōu)化控制方法。?

背景技術(shù)

PID調(diào)節(jié)是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種調(diào)節(jié)方式，其調(diào)節(jié)的實(shí)質(zhì)是根據(jù)輸入的偏差值，按比例、積分、微分的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，其運(yùn)算結(jié)果用于輸出控制。PID控制算法在相當(dāng)多的控制領(lǐng)域的應(yīng)用中都取得了比較滿意的效果，而由微機(jī)、單片機(jī)、DSP等數(shù)字芯片及工業(yè)集成控制系統(tǒng)DCS實(shí)現(xiàn)的數(shù)字PID控制算法，由于其軟件系統(tǒng)的靈活性，使算法得到了進(jìn)一步的修正和完善。PID控制算法的種類(lèi)很多，由于應(yīng)用場(chǎng)合不同，對(duì)算法的要求也有所不同；數(shù)字PID調(diào)節(jié)是連續(xù)系統(tǒng)控制中廣泛應(yīng)用的一種控制方法，數(shù)字PID控制系統(tǒng)是時(shí)間的離散系統(tǒng)?,計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制是斷續(xù)的過(guò)程，即在每一個(gè)采樣周期內(nèi),傳感器將所測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)后輸入給調(diào)節(jié)器,在調(diào)節(jié)器中與設(shè)定值進(jìn)行比較得出偏差值,經(jīng)?PID運(yùn)算得出本次的控制量,輸出到執(zhí)行器后才完成了本次的調(diào)節(jié)任務(wù)；在PID調(diào)節(jié)中，由于PID算式選擇的不同會(huì)得到不同的控制效果?,特別是當(dāng)算法中某些參數(shù)選擇的不妥時(shí)，會(huì)引起控制系統(tǒng)的超調(diào)或振蕩,這對(duì)某些生產(chǎn)過(guò)程是十分有害的.為了避免這種有害現(xiàn)象的發(fā)生，分析和研究PID算法,確定合理的PID參數(shù)是必要的,同時(shí)對(duì)PID控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用具有重要的意義；?

今天熟知的PID控制器產(chǎn)生并發(fā)展于1915-1940年期間；在工業(yè)過(guò)程控制中PID控制器及其改進(jìn)型的控制器占90%；在1942年和1943年，泰勒儀器公司的zieiger和Nichols等人分別在開(kāi)環(huán)和閉環(huán)的情況下，用實(shí)驗(yàn)的方法分別研究了比例、積分和微分這三部分在控制中的作用，首次提出了PID控制器參數(shù)整定的問(wèn)題；隨后有許多公司和專家投入到這方面的研究。經(jīng)過(guò)50多年的努力，在PID控制器的參數(shù)調(diào)整方面取得了很多成果；諸如預(yù)估PID控制(Predictive?PID)、自適應(yīng)PID控制(adaptive?PID)、自校正PID控制(self-tuning?PID)、模糊PID控制(Fuzzy?PID)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)HD控制(Neura?PID)、非線性PID控制(Nonlinear?PID)等高級(jí)控制策略來(lái)調(diào)整和優(yōu)化PID參數(shù)；

日本的Inoue提出一種重復(fù)控制，用于伺服重復(fù)軌跡的高精度控制，它原理來(lái)源于內(nèi)模原理，加到被控對(duì)象的輸入信號(hào)處偏差外，還疊加一個(gè)“過(guò)去的偏差”，把過(guò)去的偏差反映到現(xiàn)在，和“現(xiàn)在的偏差”一起加到被控對(duì)象的控制，偏差重復(fù)利用，這種控制方法不僅適用于跟蹤周期性輸入信號(hào)，也可抑制周期性干擾；

在美國(guó)Michigan大學(xué)的Holland教授提出的遺傳算法中，他提出了模擬自然界遺傳機(jī)制和生物進(jìn)化論而形成的一種并行隨機(jī)搜索最優(yōu)化方法。它將優(yōu)勝劣汰，適者生存的進(jìn)化論原理引入優(yōu)化參數(shù)形成的編碼串聯(lián)群體中，按所選擇的適配值函數(shù)通過(guò)遺傳中的復(fù)制，交叉及變異對(duì)個(gè)體進(jìn)行篩選，使適配值高的的個(gè)體被保留下來(lái)，組成新群體，新群體有繼承上一代信息，優(yōu)于上一代，周而復(fù)始知道得到滿意值，這種算法簡(jiǎn)單，可并行處理，得到全局最優(yōu)解；

?對(duì)于PID這樣簡(jiǎn)單的控制器，能夠適用于廣泛的工業(yè)與民用對(duì)象，并仍以很高的性價(jià)比在市場(chǎng)中占據(jù)著重要地位，充分地反映了PID控制器的良好品質(zhì)。概括地講，PID控制的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:?原理簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明、實(shí)現(xiàn)方便，是一種能夠滿足大多數(shù)實(shí)際需要的基本控制器;?控制器適用于多種截然不同的對(duì)象，算法在結(jié)構(gòu)上具有較強(qiáng)的魯棒性，確切地說(shuō)，在很多情況下其控制品質(zhì)對(duì)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)或參數(shù)攝動(dòng)不敏感；

?但從另一方面來(lái)講，控制算法的普及性也反映了PID控制器在控制品質(zhì)上的局限性；具體分析，其局限性主要來(lái)自以下幾個(gè)方面:算法結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單性決定了?PID控制比較適用于單輸入單輸出最小相位系統(tǒng)，在處理大時(shí)滯、開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定過(guò)程等受控對(duì)象時(shí)，需要通過(guò)多個(gè)PID控制器或與其他控制器的組合，才能得到較好的控制效果；算法結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單性同時(shí)決定了PID控制只能確定閉環(huán)系統(tǒng)的少數(shù)主要零極點(diǎn)，閉環(huán)特性從根本上只是基于動(dòng)態(tài)特性的低階近似假定的；出于同樣的原因，決定了單一PID控制器無(wú)法同時(shí)滿足對(duì)假定設(shè)定值控制和伺服跟蹤控制的不同性能要求；針對(duì)常規(guī)PID控制存在的問(wèn)題，將PID控制器與智能優(yōu)化算法相結(jié)合，對(duì)PID控制器進(jìn)行改進(jìn)，得到了先進(jìn)型PID控制器。

發(fā)明內(nèi)容

（一）要解決的技術(shù)問(wèn)題?

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提出一種增量式PI參數(shù)時(shí)變智能優(yōu)化控制方法，著手解決非線性、大滯后、大慣性系統(tǒng)的控制，具體體現(xiàn)在PI參數(shù)時(shí)變的時(shí)變更新機(jī)制、控制死區(qū)及反沖量等。

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