[發明專利]一種基于PID控制的抗飽和變速積分方法及系統

有效

• 申請號: 202011170583.4
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112230541B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 曾威;沈波;李卓;嚴軍;陳功利
• 申請（專利權）人: 東風汽車集團有限公司
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 鐘鋒

1.一種基于PID控制的抗飽和變速積分方法，包括以下步驟：

S1、通過常規PID控制和帶偏差值反饋的控制，計算得出原始控制量；

S2、限制控制量及其變化率范圍，計算得出有效控制量；

S3、根據控制量或其變化率超限方向和積分方向，判斷出積分飽和方向，并給出相應的削弱積分的偏差值；

所述S1具體為：根據下列公式對原始控制量進行計算：

式中，u(k)為原始控制量；c(k)為測量值；e(k)為系統輸入偏差，即給定值r(k)和測量值c(k)的差值；f(k)為積分項偏差值；k_p為比例增益，k_d為微分增益，k_i為積分增益，c(k)和f(k)的初始值均為0，k＞1；

微分項的計算采用微分先行PID算法，即微分項中不考慮給定值，只對測量值進行微分；

所述S2具體為：根據執行結構的性能極限和控制器的控制能力計算控制量及其變化率范圍，即兩者對控制量限制的最大值取小，其對應值設為控制量最大值，兩者對控制量限制的最小值取大，其對應值設為控制量最小值，并得出控制量變化率的極值范圍，進而根據下列公式計算得到有效控制值：

v(k)＝sat{v(k-1)+sat[u(k)-v(k-1)]}

式中，v(k)為有效控制值；

所述S3具體為：根據下列公式計算并判斷，得到積分項偏差值：

e_sat(k)＝v(k)-u(k)

式中，F_i(k)為積分項，e_sat(k)為控制量的飽和誤差；

判斷上述兩式結果正負，計算得到積分項偏差值，具體判斷過程如下：

S3.1、輸入e_sat(k)和F_i(k)；

S3.2、如果e_sat(k)小于零，并且F_i(k)大于零，則輸出f(k)為e_sat(k)和-F_i(k)的最大值；否則，進行S3.3；

S3.3、如果e_sat(k)大于零，并且F_i(k)小于零，則輸出f(k)為e_sat(k)和-F_i(k)的最小值；否則，進行S3.4；

S3.4、輸出f(k)＝0。

2.利用如權利要求1所述的一種基于PID控制的抗飽和變速積分方法的系統，其特征在于，包括PID控制模塊，控制量限制模塊和積分項偏差生成模塊；其中，

所述PID控制模塊，用于通過常規PID控制和帶偏差值反饋的控制，計算得出原始控制量并發送至控制量限制模塊；

所述控制量限制模塊，用于限制控制量及其變化率范圍，計算得出有效控制量并發送至積分項偏差生成模塊；

所述積分項偏差生成模塊，用于根據控制量或其變化率超限方向和積分方向，判斷出積分飽和方向，并給出相應的削弱積分的偏差值；

所述PID控制模塊為根據下列公式計算得出原始控制量的模塊：

式中，u(k)為原始控制量；c(k)為測量值；e(k)為系統輸入偏差，即給定值r(k)和測量值c(k)的差值；f(k)為積分項偏差值；kp為比例增益，kd為微分增益，ki為積分增益，c(k)和f(k)的初始值均為0；

微分項的計算采用微分先行PID算法，即微分項中不考慮給定值，只對測量值進行微分；

所述控制量限制模塊為根據執行結構的性能極限和控制器的控制能力計算控制量及其變化率范圍，即兩者對控制量限制的最大值取小，其對應值設為控制量最大值，兩者對控制量限制的最小值取大，其對應值設為控制量最小值，由此得出控制量變化率的極值范圍的模塊；根據下列公式計算得到有效控制值：

v(k)＝sat{v(k-1)+sat[u(k)-v(k-1)]}

式中，v(k)為有效控制值；

所述積分項偏差生成模塊為根據下列公式計算并判斷得到積分項偏差值的模塊：

e_sat(k)＝v(k)-u(k)

式中，F_i(k)為積分項，e_sat(k)為控制量的飽和誤差；

判斷上述兩式結果正負，計算得到積分項偏差值，具體判斷過程如下：

S3.1、輸入e_sat(k)和F_i(k)；

S3.2、如果e_sat(k)小于零，并且F_i(k)大于零，則輸出f(k)為e_sat(k)和-F_i(k)的最大值；否則，進行S3.3；

S3.3、如果e_sat(k)大于零，并且F_i(k)小于零，則輸出f(k)為e_sat(k)和-F_i(k)的最小值；否則，進行S3.4；

S3.4、輸出f(k)＝0。