[發(fā)明專利]一種用于自動控制的比例積分微分控制器的設(shè)計方法無效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201410026093.5 | 申請日： | 2014-01-20 |
| 公開（公告）號： | CN103809432A | 公開（公告）日： | 2014-05-21 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 劉鋒;郭文濤;劉璋瑋;梅生偉 | 申請（專利權(quán)）人： | 清華大學(xué) |
| 主分類號： | G05B11/42 | 分類號： | G05B11/42 |
| 代理公司： | 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201 | 代理人： | 羅文群 |
| 地址： | 100084*** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 用于 自動控制 比例 積分 微分 控制器 設(shè)計 方法 | ||
1.一種用于自動控制的比例積分微分控制器的設(shè)計方法，其特征在于該設(shè)計方法包括以下步驟：
（1）設(shè)比例積分微分控制器的控制對象為：
xk+1＝f(xk)+g(xk)uk
其中，x為控制對象的狀態(tài)，k為對控制對象狀態(tài)的采樣時間，xk為控制對象在第k個采樣點的狀態(tài)向量，k＝1,2,3…，f(xk)為控制對象的當(dāng)前時刻狀態(tài)與下一時刻狀態(tài)的關(guān)系函數(shù)，g(xk)為控制對象的當(dāng)前時刻控制與下一時刻狀態(tài)的關(guān)系函數(shù)，uk為比例積分微分控制器的控制參數(shù)，
（2）將比例積分微分控制器初始化為一個使控制對象穩(wěn)定的控制器，uk＝u(0)(xk)，迭代次數(shù)i＝0；
（3）利用下式計算在比例積分微分控制器的作用下控制對象在第k個采樣點的控制效果U(xk,uk)：
U(xk,uk)＝Q(xk)+ukTRuk
其中，Q(xk)為與控制對象的狀態(tài)有關(guān)的控制效果，Q(xk)是狀態(tài)向量xk的正定函數(shù)，Q(xk)≥0Q(xk)＝0當(dāng)且僅當(dāng)xk＝0時成立；為與控制對象的控制參數(shù)有關(guān)的控制效果，R是一個正定矩陣，ukTRuk≥0且ukTRuk＝0當(dāng)且僅當(dāng)uk＝0時成立；
根據(jù)上述計算結(jié)果，得到控制對象從第k個采樣點開始的累積控制效果為：
（4）建立一個控制對象的累積控制效果逼近函數(shù)如下：
V(xk)＝WTΦ(xk)
其中，Φ(xk)是累積控制效果逼近函數(shù)的基函數(shù)向量，基函數(shù)向量為控制對象的狀態(tài)向量中狀態(tài)分量的偶次多項式組合，W為控制效果逼近函數(shù)的參數(shù)向量，參數(shù)向量的計算過程如下：
（4-1）采集控制對象的N個狀態(tài)向量，根據(jù)N個狀態(tài)向量，計算得到控制效果逼近函數(shù)的基函數(shù)向量Φ(xk)，并分別計算每相鄰兩個采樣點的基函數(shù)向量之差Φ(xk)-Φ(xk+1)，將計算得到的多個基函數(shù)向量之差Φ(xk)-Φ(xk+1)按時間順序按行排列成矩陣，記為Ψ(xk)；計算控制對象在N個狀態(tài)時每個狀態(tài)向量的控制效果U(xk,u(i)(xk))，將計算得到的控制效果U(xk,u(i)(xk))按時間順序按行排列成向量，記為Ω(xk,u(i)(xk))；
（4-2）通過下式計算第i次迭代的累積控制效果函數(shù)V(i)(xk)的參數(shù)W(i)：
W(i)＝[Ψ(xk)+]T[Ω(xk,u(i)(xk))]T
其中Ψ(xk)+是Ψ(xk)的偽逆；
（5）設(shè)定一個控制對象的累積控制效果逼近函數(shù)的訓(xùn)練精度εV，若控制對象在相鄰兩次迭代的累積控制效果逼近函數(shù)之差的絕對值小于訓(xùn)練精度εV，則進(jìn)行步驟（8），若控制對象在相鄰兩個狀態(tài)向量的累積控制效果逼近函數(shù)之差的絕對值大于或等于訓(xùn)練精度εV，則進(jìn)行步驟（6）；
（6）更新迭代次數(shù)，使i＝i+1；
（7）更新比例積分微分控制器的設(shè)計參數(shù)，具體過程包括以下步驟：
（7-1）設(shè)比例積分微分控制器設(shè)計參數(shù)的更新次數(shù)指標(biāo)為j，初始化時使j＝0；
（7-2）采用當(dāng)前比例積分微分控制器對控制對象進(jìn)行控制，采集控制對象的狀態(tài)向量；
（7-3）更新比例積分微分控制器設(shè)計參數(shù)的更新次數(shù)指標(biāo)，使j＝j(luò)+1；
（7-4）采用下式，分別對比例積分微分控制器設(shè)計參數(shù)中的比例增益KP、積分增益KI和微分增益KD進(jìn)行計算：
其中
（7-5）并設(shè)定一個比例積分微分控制器參數(shù)的訓(xùn)練精度εK，設(shè)比例積分微分控制器參數(shù)更新的最大迭代次數(shù)為TM，將第j次計算得到的比例增益、積分增益和微分增益量與第j-1次計算得到的比例增益、積分增益和微分增益量作差，若差值絕對值的最大值小于訓(xùn)練精度εK，則進(jìn)行步驟（4）；將更新次數(shù)j與最大迭代次數(shù)TM比較，若更新次數(shù)j大于最大迭代次數(shù)TM，則進(jìn)行步驟（4）；若比例增益、積分增益和微分增益的更新差值絕對值的最大值大于或等于訓(xùn)練精度εK，且更新次數(shù)j小于或等于最大迭代次數(shù)TM，則進(jìn)行步驟（7-2）；
（8）輸出當(dāng)前比例積分微分控制器設(shè)計參數(shù)。
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