[發(fā)明專利]一種時滯系統(tǒng)最優(yōu)魯棒分數(shù)階PIλ 有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010424839.3 | 申請日： | 2020-05-19 |
| 公開（公告）號： | CN111443600B | 公開（公告）日： | 2021-08-31 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 羅映;陳鵬沖 | 申請（專利權(quán)）人： | 華中科技大學(xué) |
| 主分類號： | G05B11/42 | 分類號： | G05B11/42 |
| 代理公司： | 華中科技大學(xué)專利中心 42201 | 代理人： | 李智;孔娜 |
| 地址： | 430074 湖北*** | 國省代碼： | 湖北;42 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 系統(tǒng) 最優(yōu) 分數(shù) pi base sup | ||
本發(fā)明屬于自動控制相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，并公開了一種時滯系統(tǒng)最優(yōu)魯棒分數(shù)階PIλD控制器的優(yōu)化方法。該方法包括下列步驟：(a)構(gòu)建待優(yōu)化控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)；(b)獲得該閉環(huán)傳遞函數(shù)關(guān)于所述PIλD控制器中未知參數(shù)的特征方程；(c)構(gòu)建所述待優(yōu)化一階慣性延遲控制系統(tǒng)所需滿足的約束條件，利用所述特征方程確定所述PIλD控制器中未知參數(shù)的取值范圍，根據(jù)所述約束條件和取值范圍求解并獲得所述PIλD控制器中未知參數(shù)的值，以此確定所述PIλD控制器，即實現(xiàn)優(yōu)化過程。通過本發(fā)明，實現(xiàn)對PIλD控制器的優(yōu)化，并使得控制系統(tǒng)具有很強的魯棒性和最優(yōu)的動態(tài)性能。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于自動控制相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種時滯系統(tǒng)最優(yōu)魯棒分數(shù)階PIλD控制器的優(yōu)化方法。
背景技術(shù)
時滯系統(tǒng)是工業(yè)系統(tǒng)中最為常見的一類系統(tǒng)，針對此系統(tǒng)的分數(shù)階控制器設(shè)計極為重要，分數(shù)階PIλD控制器的傳遞函數(shù)：
其中，Kp、Ki和Kd分別為比例、微分和積分增益，λ為積分階次，其范圍為：0＜λ＜2，由于與經(jīng)典PID控制器相比，多出一個可調(diào)參數(shù)，可以實現(xiàn)更好的控制性能，但是由于可調(diào)參數(shù)更多，參數(shù)整定有一定的困難。
目前，對于分數(shù)階控制器的整定主要分為頻域整定法和時域整定法，頻域整定法即所設(shè)計的控制系統(tǒng)滿足一定的頻域指標，但是不能保證最優(yōu)的動態(tài)性能；時域整定法即通過優(yōu)化算法滿足最小的性能指標(積分平方誤差，時間乘以誤差絕對值積分等)，但是不能滿足用戶希望的頻域指標，并且魯棒性較差。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種時滯系統(tǒng)最優(yōu)魯棒分數(shù)階PIλD控制器的優(yōu)化方法，其中通過構(gòu)建該控制系統(tǒng)的約束條件，以及獲取未知參數(shù)的求解范圍，最后通過尋求最優(yōu)未知參數(shù)值，以此獲得最優(yōu)的PIλD控制器，實現(xiàn)對PIλD控制器的優(yōu)化，并使得整個控制系統(tǒng)魯棒性強。
為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種時滯系統(tǒng)最優(yōu)魯棒分數(shù)階PIλD控制器的優(yōu)化方法，該方法包括下列步驟：
(a)對于待優(yōu)化一階慣性延遲控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)中采用分數(shù)階PIλD控制器和增益-相位裕度測試器進行閉環(huán)控制，構(gòu)建所述控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)；
(b)將所述一階慣性延遲控制系統(tǒng)、PIλD控制器和增益-相位裕度測試器各自對應(yīng)的傳遞函數(shù)帶入所述閉環(huán)傳遞函數(shù)中，以此獲得該閉環(huán)傳遞函數(shù)的特征方程，其中，所述PIλD控制器中包含多個未知參數(shù)；
(c)構(gòu)建所述待優(yōu)化一階慣性延遲控制系統(tǒng)所需滿足的約束條件，確定所述PIλD控制器中未知參數(shù)的取值范圍，根據(jù)所述約束條件和取值范圍求解并獲得所述PIλD控制器中未知參數(shù)的值，以此確定所述PIλD控制器，即實現(xiàn)優(yōu)化過程。
進一步優(yōu)選地，在步驟(a)中，所述閉環(huán)傳遞函數(shù)G(s)按照下列表達式進行：
其中，MT(A,φ)是增益-相位裕度測試器，是分數(shù)階PIλD控制器，P(s)是時滯系統(tǒng)，A和φ分別是增益-相位裕度測試器的增益裕度和相位裕度；s是拉普拉斯算子，s＝j(luò)ω。
進一步優(yōu)選地，在步驟(b)中，所述一階慣性延遲控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：
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