[發明專利]一種抗擾PID控制器的設計方法及裝置

有效

• 申請號: 201910837094.0
• 申請日: 2019-09-05
• 公開（公告）號: CN110554601B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 聶卓赟;朱超;李高銘;程前
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司 35205
• 代理人: 陳雪瑩

本發明提供一種抗擾PID控制器的設計方法，包括構建抗擾PID控制結構，所述抗擾PID控制結構包括前置濾波器以及PID反饋控制器；對已建立的抗擾PID控制結構，通過控制系統設計的抗擾控制進行結構圖的等效變換，得到前置濾波器的構成以及PID反饋控制器的構成；根據被控系統的相對階次確定所述抗擾PID控制結構的最終形式；選取所述抗擾PID控制結構的參數。本發明還提供一種抗擾PID控制器的設計裝置。本發明優點：通過本發明技術方案設計出的抗擾PID控制器具有主動抗擾能力和較好的魯棒性；同時，參數選取較少，物理意義明確，控制效果優良。

技術領域

本發明涉及工控領域，特別涉及一種抗擾PID控制器的設計方法及裝置。

背景技術

在工業控制中，比例-積分-微分(PID)控制器的應用很廣泛，因為PID控制器具有結構簡單，魯棒性強等特點。相對于現有較為先進的控制技術，例如：自抗擾控制(ADRC)等，PID控制被認為是一種性能相對較差的控制方式。

目前，針對PID控制技術和應用研究非常多，但對于PID控制器的主動抗擾控制方案，仍尚屬空白，抗擾控制機理仍不清楚。盡管有相關專利技術(如申請日為2019.01.15，申請號為201910035745.4的中國發明專利公開的一種基于PID控制器整定降階自抗擾控制器參數的方法)和論文[On The Characteristics OfADRC APID Interpretation]都在嘗試建立PID控制器與自抗擾控制器之間的關系，但PID控制器的整定公式過于復雜，且在反饋通道中，除了PID控制器還需要其他動態補償器，可見控制器參數的抗擾機理和整定方法都有待改進。

發明內容

本發明要解決的技術問題，在于提供一種抗擾PID控制器的設計方法及裝置，克服現有PID控制器的整定公式過于復雜，且在反饋通道中，除了PID控制器還需要其他動態補償器的問題。

本發明是這樣實現的：一種抗擾PID控制器的設計方法，所述方法包括如下步驟：

步驟S1、構建抗擾PID控制結構，所述抗擾PID控制結構包括前置濾波器F(s)以及PID反饋控制器C(s)；所述前置濾波器F(s)用于實現對跟蹤信號的平滑濾波，所述PID反饋控制器C(s)用于實現對控制系統的閉環控制；

步驟S2、對已建立的抗擾PID控制結構，通過控制系統設計的抗擾控制進行結構圖的等效變換，所述等效變換包括反饋等效變換以及等效單位反饋變換，得到前置濾波器F(s)的構成以及PID反饋控制器C(s)的構成；

步驟S3、根據被控系統的相對階次確定所述抗擾PID控制結構的最終形式；

步驟S4、選取所述抗擾PID控制結構的參數。

進一步地，在所述步驟S2中，所述前置濾波器F(s)的構成為：

其中，為期望閉環系統，τ_c表示期望閉環系統的時間常數；為擾動估計濾波器，τ_q表示擾動觀測器的時間常數。

進一步地，在所述步驟S2中，所述PID反饋控制器C(s)的構成為：

所述PID反饋控制器C(s)具有PI-PD形式；

其中，PD控制器的形式為C_pd(s)＝k_pd(1+k_ds)，所述PD控制器與被控對象G(s)串接，并使G(∞)C_pd(∞)＝H_R(∞)，以實現對被控對象G(s)的高頻串聯補償；PI控制器的形式為所述PI控制器為擾動觀測器的等效形式，所述PI控制器的參數直接由τ_c和τ_q確定。

進一步地，所述步驟S3具體為：