[發(fā)明專利]基于穩(wěn)定裕度和動態(tài)響應(yīng)指標(biāo)的PID控制參數(shù)整定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010481815.1
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111812967B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王家棟;陸海琛
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江中控技術(shù)股份有限公司;浙江中控軟件技術(shù)有限公司
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 杭州華鼎知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 33217
• 代理人: 項軍

1.基于穩(wěn)定裕度和動態(tài)響應(yīng)指標(biāo)的PID控制參數(shù)整定方法，該方法應(yīng)用于閉環(huán)回路控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：

計算得到閉環(huán)回路控制系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度；

根據(jù)閉環(huán)回路控制系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度計算得到PID控制參數(shù)；

根據(jù)PID控制參數(shù)進行閉環(huán)控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)仿真，通過階躍響應(yīng)曲線獲取動態(tài)響應(yīng)指標(biāo)，以間接地關(guān)聯(lián)穩(wěn)定裕度和動態(tài)響應(yīng)指標(biāo)；

基于穩(wěn)定裕度和動態(tài)響應(yīng)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)方式，通過對穩(wěn)定裕度進行搜索以獲得優(yōu)化問題的最優(yōu)解，以對PID控制參數(shù)進行整定；

所述穩(wěn)定裕度包括增益裕度和相位裕度；

所述計算得到閉環(huán)回路控制系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度包括：

增益裕度A_m和相位裕度φ_m的計算公式如下：

其中，ω_g和ω_p分別為閉環(huán)回路控制系統(tǒng)的增益穿越頻率和相位穿越頻率，并且滿足：

所述根據(jù)閉環(huán)回路控制系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度計算得到PID控制參數(shù)包括：

定義被控對象模型G(s)為一階加時滯模型：

其中，K_p表示增益，T_p表示時間常數(shù)，τ表示時滯；

定義標(biāo)準(zhǔn)的并聯(lián)PID控制器的數(shù)學(xué)形式為：

其中，K_c，T_i，T_d依次表示第一比例、第一積分時間和第一微分時間；

讓T_d＝0，并根據(jù)增益裕度A_m和相位裕度φ_m的計算公式以及增益穿越頻率和相位穿越頻率的關(guān)系得到控制器參數(shù)：

其中，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于穩(wěn)定裕度和動態(tài)響應(yīng)指標(biāo)的PID控制參數(shù)整定方法，其特征在于，所述根據(jù)閉環(huán)回路控制系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度計算得到PID控制參數(shù)包括：

定義被控對象模型G’(s)為二階加時滯模型：

其中，表示新增的時間常數(shù)且小于等于T_p；

定義標(biāo)準(zhǔn)的并聯(lián)PID控制器的數(shù)學(xué)形式為：

其中，K'_c，T_i'，T′_d依次表示第二比例、第二積分時間和第二微分時間；

根據(jù)增益裕度A_m和相位裕度φ_m的計算公式以及增益穿越頻率和相位穿越頻率的關(guān)系得到控制器參數(shù)：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于穩(wěn)定裕度和動態(tài)響應(yīng)指標(biāo)的PID控制參數(shù)整定方法，其特征在于，所述動態(tài)響應(yīng)指標(biāo)包括超調(diào)OS％和穩(wěn)態(tài)時間T_ss，

其中，y_peak表示系統(tǒng)閉環(huán)階躍響應(yīng)序列的最大值；y_final表示系統(tǒng)閉環(huán)階躍響應(yīng)序列的最終值；

穩(wěn)態(tài)時間T_ss定義為閉環(huán)回路控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)后到達其2％穩(wěn)態(tài)值區(qū)間的所經(jīng)歷的時間。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于穩(wěn)定裕度和動態(tài)響應(yīng)指標(biāo)的PID控制參數(shù)整定方法，其特征在于，通過在增益裕度和相位裕度兩個維度上進行網(wǎng)格化搜索以獲得優(yōu)化問題的最優(yōu)解。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于穩(wěn)定裕度和動態(tài)響應(yīng)指標(biāo)的PID控制參數(shù)整定方法，其特征在于，所述通過在增益裕度和相位裕度兩個維度上進行網(wǎng)格化搜索以獲得優(yōu)化問題的最優(yōu)解包括：

定義分別為增益裕度和相位裕度的取值范圍及其相應(yīng)的搜索步長，形成增益裕度和相位裕度兩個維度的搜索網(wǎng)格；

設(shè)定優(yōu)化問題為：

其中，OS^*％為期望的超調(diào)值；

根據(jù)增益裕度和相位裕度兩個維度的搜索網(wǎng)格，分別由小到大或由大到小依次搜索以獲得優(yōu)化問題的最優(yōu)解T_ss^min。