[發(fā)明專(zhuān)利]低階系統(tǒng)ITAE最優(yōu)的PI控制器參數(shù)整定方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310330698.9
• 申請(qǐng)日: 2013-07-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103439887A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃衛(wèi)劍;潘鳳萍;伍宇忠;鄭聞成
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 廣州華進(jìn)聯(lián)合專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 王茹;曾旻輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及PID控制領(lǐng)域，特別是涉及一種低階系統(tǒng)ITAE最優(yōu)的PI控制器參數(shù)整定方法以及一種低階系統(tǒng)ITAE最優(yōu)的PI控制器參數(shù)整定系統(tǒng)。

背景技術(shù)

應(yīng)用現(xiàn)代控制理論設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)需要被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，這一要求在實(shí)際工程中很難滿足。現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)存在數(shù)以百計(jì)的控制回路，如果單個(gè)回路設(shè)計(jì)和整定工作繁瑣，則整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和整定的工作量巨大。PID（比例-積分-微分）控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其概念容易理解，算法易于實(shí)現(xiàn)，且具有一定的魯棒性，因此在過(guò)程控制領(lǐng)域中仍被廣泛使用，除非在特殊情況下證明它不能滿足既定的性能要求。

PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。對(duì)PID參數(shù)整定方法的研究一直是控制領(lǐng)域所關(guān)注的。半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，PID參數(shù)整定方法不斷豐富和發(fā)展，在經(jīng)典Z-N（Ziegler-Nichols）法之后相繼出現(xiàn)了CC（Cohen-Coon）方法、CHR（Chien-Hrones-Reswick）公式、極點(diǎn)配置法、零極點(diǎn)相消法、基于內(nèi)模控制的PID方法、誤差積分指標(biāo)最優(yōu)的PID方法、基于幅值相位裕量的PID參數(shù)整定算法等。上述方法中：

一、經(jīng)典Z-N法、CC方法、CHR公式：基于工程經(jīng)驗(yàn)的方法，僅適用于小延遲對(duì)象，且獲得的性能經(jīng)常不滿意，一般作為粗略整定的方法；

二、極點(diǎn)配置法、零極點(diǎn)相消法、基于內(nèi)模控制的方法：根據(jù)理論分析和近似獲得的方法，僅適用于延遲較小的對(duì)象；

三、誤差積分指標(biāo)最優(yōu)的PID方法：在對(duì)延遲部分進(jìn)行了近似的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化，適用于延遲較小的對(duì)象；

四、基于幅值相位裕量的PID參數(shù)整定法：是以幅值相位裕量為性能指標(biāo)的方法，適用于延遲較小的對(duì)象；

可見(jiàn)，上述方法都是適用于小延遲對(duì)象，對(duì)于大延遲對(duì)象都不適用。因此，找出一種能夠在相當(dāng)大的延遲時(shí)間范圍內(nèi)適用的參數(shù)整定方法成為目前亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，本發(fā)明提供一種低階系統(tǒng)ITAE最優(yōu)的PI控制器參數(shù)整定方法及系統(tǒng)，能夠在較大的相對(duì)延遲時(shí)間范圍內(nèi)適用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種低階系統(tǒng)ITAE最優(yōu)的PI控制器參數(shù)整定方法，包括以下步驟：

獲取被控對(duì)象參數(shù)域，在該參數(shù)域的區(qū)間上進(jìn)行等分處理，得到若干組等分點(diǎn)上的參數(shù)值；

根據(jù)所述等分點(diǎn)上的參數(shù)值計(jì)算PI控制器的穩(wěn)定參數(shù)域；

以ITAE指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)，在所述穩(wěn)定參數(shù)域中進(jìn)行尋優(yōu)計(jì)算，獲得ITAE指標(biāo)最優(yōu)的PI控制器參數(shù)值。

一種低階系統(tǒng)ITAE最優(yōu)的PI控制器參數(shù)整定系統(tǒng)，包括：

等分模塊，用于獲取被控對(duì)象參數(shù)域，在該參數(shù)域的區(qū)間上進(jìn)行等分處理，得到若干組等分點(diǎn)上的參數(shù)值；

穩(wěn)定參數(shù)域計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述等分點(diǎn)上的參數(shù)值計(jì)算PI控制器的穩(wěn)定參數(shù)域；

PI控制器參數(shù)值計(jì)算模塊，用于以ITAE指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)，在所述穩(wěn)定參數(shù)域中進(jìn)行尋優(yōu)計(jì)算，獲得ITAE指標(biāo)最優(yōu)的PI控制器參數(shù)值。

由以上方案可以看出，本發(fā)明的一種低階系統(tǒng)ITAE最優(yōu)的PI控制器參數(shù)整定方法及系統(tǒng)，對(duì)獲取的被控對(duì)象參數(shù)域進(jìn)行等分處理，然后根據(jù)等分點(diǎn)上的參數(shù)值計(jì)算PI控制器的穩(wěn)定參數(shù)域，并在該穩(wěn)定參數(shù)域中以ITAE指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)計(jì)算，從而得到ITAE指標(biāo)最優(yōu)的PI控制器參數(shù)值。本發(fā)明通過(guò)計(jì)算穩(wěn)定參數(shù)域作為優(yōu)化時(shí)的參數(shù)尋優(yōu)空間，使得尋優(yōu)過(guò)程有嚴(yán)格的穩(wěn)定性保證，極大地提高了優(yōu)化效率，并且本發(fā)明無(wú)需對(duì)模型的延遲環(huán)節(jié)進(jìn)行近似處理，可在較大的相對(duì)延遲時(shí)間范圍內(nèi)適用，同時(shí)能保持較好的控制品質(zhì)，ITAE指標(biāo)最小，響應(yīng)速度較快。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中一種低階系統(tǒng)ITAE最優(yōu)的PI控制器參數(shù)整定方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中各種方法性能點(diǎn)的分布情況示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中床溫的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中一種低階系統(tǒng)ITAE最優(yōu)的PI控制器參數(shù)整定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式