[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

本發明公開了一種基于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。本發明沒有增加額外的控制參數，結構簡單，不影響控制系統的魯棒性和可靠性，適用范圍廣；常應用于控制輸入變化快，輸出受限等容易產生積分飽和的系統，如車輛動力總成控制器；能使控制量快速脫離飽和區，避免了系統大幅度超調。

技術領域

本發明涉及控制技術領域，具體涉及一種基于PID控制的抗飽和變速積分方法及系統。

背景技術

PID算法是根據輸入的偏差，結合比例，積分，微分三種獨立的閉環控制算法，計算出控制輸出，糾正被控對象的偏差，實現以給定值為目標的穩態控制。PID控制器，因結構簡單，不依賴被控對象模型以及響應快、振蕩小、靜差小等優良的控制品質，被廣泛應用于工業控制系統中。

當輸入偏差發生躍變時，PID控制器輸出急劇增多或減小，超過了執行器輸入極限，因執行器輸入受限，控制響應變慢，系統測量值與給定值之間出現長時間的定向差值，使得積分項產生很大的累計值。該累計值在偏差反向時，阻礙了控制輸出量快速脫離飽和區，這種積分飽和現象容易導致系統大幅度超調，甚至不穩定。

輸入偏差躍變主要來自給定值階躍突變和控制輸出幅值受限。為了防止積分飽和現象，現有的改進型PID算法大多以在輸入偏差發生躍變時弱化積分強度為目的，要么是對積分項或者積分項中的輸入偏差設置修正系數，如積分分離法，“PID控制系統抗積分飽和及抑制超調的智能積分方法”，遇限削弱積分法，要么是設置積分項的偏移值，如反饋抑制抗飽和法。另外積分項預測抗飽和法通過在輸入偏差較小時積分器及時反向積分，實現了積分器提前退出飽和，降低了系統超調量，但其依賴于被控對象，結構復雜，參數的設置比較困難。

上述方法有個共同的缺點是優化參數選取比較困難，并且當被控對象或者系統參數發生變化，優化參數必須重新選取；此外，上述方法是以弱化積分強度為目的，而沒有消化掉阻礙控制量脫離飽和區的積分量，這樣在輸入偏差反向時，控制量不能及時快速響應。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種基于PID控制的抗飽和變速積分方法及系統，能夠抗飽和抑超調，對被控對象依賴性低，結構簡單，適用性強。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案為：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。

進一步地，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；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，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。

更進一步地，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，由此得出控制量變化率的極值范圍；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)]}