[發(fā)明專利]基于模糊PID的改進(jìn)型Smith預(yù)估補(bǔ)償系統(tǒng)的控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110284955.4
• 申請(qǐng)日: 2021-03-17
• 公開（公告）號(hào): CN113075880A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊奕;韓青青;于婧雅;顧海勤;高龍;任曉琳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B11/42
• 分類號(hào): G05B11/42
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 許潔

1.一種基于模糊PID的改進(jìn)型Smith預(yù)估補(bǔ)償系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一、設(shè)計(jì)位置型PID控制器并給定PID控制器初始值；

步驟二、PID控制器根據(jù)模糊控制器的輸出不斷修改PID控制器K_p、K_i、K_d值；

步驟三、由于溫控系統(tǒng)在能量或信號(hào)的延遲，因此在該系統(tǒng)的反饋通道加入延遲因子的預(yù)估部分：首先估計(jì)出控制過(guò)程在基本擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性，然后經(jīng)過(guò)預(yù)估器進(jìn)行補(bǔ)償；被延遲的調(diào)節(jié)量超前反饋到調(diào)節(jié)器，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器提前動(dòng)作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)減小超調(diào)量和加速調(diào)節(jié)過(guò)程的目標(biāo)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模糊PID的改進(jìn)型Smith預(yù)估補(bǔ)償系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：所述的步驟三中，在溫控系統(tǒng)中，由于被控對(duì)象存在的滯后環(huán)節(jié)，導(dǎo)致被控對(duì)象的延時(shí)反饋控制系統(tǒng)存在波動(dòng)，在被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性分析中，當(dāng)系統(tǒng)中的時(shí)滯τ與過(guò)程慣性時(shí)間參數(shù)T滿足τ/T＞0.3時(shí)，則為大滯后控制系統(tǒng)；

當(dāng)控制系統(tǒng)中控制器僅用PID控制，則有PID控制器輸出U(s)到被調(diào)量Y(s)之間的傳遞函數(shù)為：

上式表明，被調(diào)節(jié)量受到調(diào)節(jié)作用之后經(jīng)過(guò)遲延后才能再到達(dá)PID調(diào)節(jié)器,遲延時(shí)間為τ；如果加入補(bǔ)償控制，PID控制器輸出與返回到PID控制器的信號(hào)之間的傳遞函數(shù)為：

所以，當(dāng)被控對(duì)象的G_p(S))和e^-τs環(huán)節(jié)已知時(shí)，史密斯預(yù)估器就可以組成，史密斯預(yù)估器將消除遲延對(duì)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響，使控制過(guò)程品質(zhì)與無(wú)延遲效果一樣；

此時(shí)，系統(tǒng)的特征方程中并不包含時(shí)滯因子e^-τs，能夠有效減小系統(tǒng)的超調(diào)量，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，消除了純遲延τ,對(duì)系統(tǒng)控制品質(zhì)的影響，分子上的e^-τs項(xiàng)說(shuō)明被調(diào)量y(t)的響應(yīng)比設(shè)定值延遲了時(shí)間τ；

因此，斯密斯預(yù)估控制原理是與調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)D(S)并接一補(bǔ)償環(huán)節(jié)，用來(lái)補(bǔ)償被控對(duì)象中的純滯后部分，補(bǔ)償環(huán)節(jié)稱為預(yù)估器，其傳遞函數(shù)為G_p(S)(1-e^-TS)，T為純滯后時(shí)間，因此在對(duì)被控對(duì)象控制模型進(jìn)行補(bǔ)償后的系統(tǒng)框圖中；

預(yù)估器傳遞函數(shù)為：

D'(S)＝D(S)/[1+D(S)G_p(S)(1-e^-TS)] (6)；

輸出傳遞函數(shù)為：

Φ(S)＝D'(S)Gp(S)e^-TS/[1+D'(S)Gp(S)e^-TS]＝D(S)Gp(S)/[1+D(S)Gp(S)]e^-TS (7)。