一種用于自動控制的比例積分微分控制器的設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于自動控制的比例積分微分控制器的設(shè)計(jì)方法，屬于自動控制【技術(shù)領(lǐng)域】。本設(shè)計(jì)方法包括兩個迭代的設(shè)計(jì)步驟，第一個步驟是定義各個采樣點(diǎn)的控制效果及累積控制效果逼近函數(shù)的基函數(shù)向量，通過最小二乘方法計(jì)算累積控制效果逼近函數(shù)的參數(shù)向量；第二個步驟是根據(jù)累積控制效果逼近函數(shù)更新比例增益、積分增益和微分增益。本設(shè)計(jì)方法可以在被控對象的在線運(yùn)行中進(jìn)行，無需停機(jī)就可以進(jìn)行控制器的參數(shù)設(shè)計(jì)；可以根據(jù)用戶設(shè)定的控制效果評價(jià)函數(shù)，優(yōu)化比例積分微分控制器的性能；本方法減少了比例積分微分控制器參數(shù)設(shè)計(jì)的難度和復(fù)雜度；對控制對象的工作點(diǎn)變化和模型變化具有自適應(yīng)能力。
【專利說明】—種用于自動控制的比例積分微分控制器的設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于自動控制的比例積分微分控制器的設(shè)計(jì)方法，屬于自動控制【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]用于自動控制的比例積分微分控制器(Proportional-1ntegral-DerivativeController，以下簡稱PID)是工程中最為常用的一類控制器。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，90%以上的工業(yè)控制器是比例積分微分控制器。由于比例積分微分參數(shù)的物理意義非常明確，現(xiàn)場工程師通常憑借經(jīng)驗(yàn)手動調(diào)試比例參數(shù)、積分參數(shù)和微分參數(shù)。但工程實(shí)際表明，手動調(diào)試的比例積分微分控制器性能有待進(jìn)一步提高。因此，系統(tǒng)化、最優(yōu)化的比例積分微分控制器參數(shù)設(shè)計(jì)方法成為控制理論與工程界研究的一個熱點(diǎn)。
[0003]2010 年，K.Kim 等在 IEEE Transactions on Industrial Application (46 卷，1518 - 1524頁)上發(fā)表Self-tuning of the PID controller for a digital excitationcontrol system 一文。該文提出兩種設(shè)計(jì)比例積分微分控制器參數(shù)的方法，零極點(diǎn)對消方法和極點(diǎn)配置方法。具體地，零極點(diǎn)對消方法需要首先建立控制對象在頻域的傳遞函數(shù)，之后設(shè)計(jì)比例積分微分控制器的參數(shù)，使得傳遞函數(shù)中出現(xiàn)能消除主導(dǎo)極點(diǎn)的零點(diǎn)，這樣達(dá)到提高系統(tǒng)系統(tǒng)穩(wěn)定性和響應(yīng)速度的目標(biāo)。極點(diǎn)配置方法也需要首先建立控制對象在頻域的傳遞函數(shù)，之后設(shè)計(jì)比例積分微分控制器的參數(shù)，使得傳遞函數(shù)的極點(diǎn)可以在復(fù)平面按照用戶的設(shè)計(jì)目標(biāo)任意配置，達(dá)到提高系統(tǒng)系統(tǒng)穩(wěn)定性和響應(yīng)速度的目標(biāo)。
[0004]上述的設(shè)計(jì)比例積分微分控制器參數(shù)的零極點(diǎn)對消方法和極點(diǎn)配置方法，都依賴于控制對象的數(shù)學(xué)模型，且缺少優(yōu)化手段，無法獲得最優(yōu)的控制效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提出一種用于自動控制的比例積分微分控制器的設(shè)計(jì)方法，采用策略迭代(Policy Iteration)方法,通過評估當(dāng)前比例積分微分控制器的控制效果,實(shí)現(xiàn)對比例積分微分控制器的不斷更新，進(jìn)而逼近最優(yōu)的比例積分微分控制器。
[0006]本發(fā)明提出的用于自動控制的比例積分微分控制器的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟:
[0007](I)設(shè)比例積分微分控制器的控制對象為:
[0008]xk+1 = f (xk) +g (xk) Uk
[0009]其中，X為控制對象的狀態(tài)，k為對控制對象狀態(tài)的采樣時間，Xk為控制對象在第k個采樣點(diǎn)的狀態(tài)向量，k = I, 2，3-, f (xk)為控制對象的當(dāng)前時刻狀態(tài)與下一時刻狀態(tài)的
關(guān)系函數(shù)，g(xk)為控制對象的當(dāng)前時刻控制與下一時刻狀態(tài)的關(guān)系函數(shù)，Uk為比例積分微
分控制器的控制參數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種用于自動控制的比例積分微分控制器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于該設(shè)計(jì)方法包括以下步驟: (1)設(shè)比例積分微分控制器的控制對象為: xk+l 一 f (Xk) +g (Xk) Uj5 其中，X為控制對象的狀態(tài)，k為對控制對象狀態(tài)的采樣時間，Xk為控制對象在第k個采樣點(diǎn)的狀態(tài)向量，k = 1,2,3-, f(xk)為控制對象的當(dāng)前時刻狀態(tài)與下一時刻狀態(tài)的關(guān)系函數(shù)，g(xk)為控制對象的當(dāng)前時刻控制與下一時刻狀態(tài)的關(guān)系函數(shù)，Uk為比例積分微分控制器的控制參數(shù)，
【文檔編號】G05B11/42GK103809432SQ201410026093
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】劉鋒, 郭文濤, 劉璋瑋, 梅生偉 申請人:清華大學(xué)