一種分數(shù)階pi控制器的參數(shù)在線自整定方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種分數(shù)階PI控制器的參數(shù)在線自整定方法及系統(tǒng)，方法包括：A、給定待整定PI控制器的傳遞函數(shù)并給定被控對象系統(tǒng)的響應(yīng)超調(diào)量；B、對與待整定PI控制器的傳遞函數(shù)相對應(yīng)的頻域特性進行求偏導運算，從而得到待整定PI控制器的帶寬Wc和r分數(shù)階頻率Wr；C、根據(jù)Wc與Wr的大小關(guān)系、Wc與1的大小關(guān)系和被控對象系統(tǒng)的響應(yīng)超調(diào)量，采用預設(shè)的參數(shù)整定規(guī)則對Kp、Ki和r進行在線自整定，從而得到滿足響應(yīng)超調(diào)量要求的Kp、Ki和r。本發(fā)明具有較強魯棒性、效率較高、運算量小和動態(tài)性能較好的優(yōu)點。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于自動化控制領(lǐng)域。
【專利說明】一種分數(shù)階Pl控制器的參數(shù)在線自整定方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自動化控制領(lǐng)域，尤其是一種分數(shù)階Pi控制器的參數(shù)在線自整定方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于PID(比例-積分-微分)控制的可靠性和簡單實用性，目前80%以上的工業(yè)控制器采用PID控制算法來進行控制。但PID控制器的參數(shù)具有耦合性，因此若要調(diào)到較好的控制性能，需要一定的經(jīng)驗和理論知識，對調(diào)試人員的要求比較高。近十年，隨著控制理論的發(fā)展，研究如何調(diào)節(jié)PID參數(shù)的方法層出不窮，目前比較流行的是Ziegler-Nichols方法。但該方法對系統(tǒng)模型的要求具有較高，故調(diào)節(jié)之前必須要做大量的實驗辨識出系統(tǒng)的模型，效率較低。 此外，在系統(tǒng)參數(shù)時變和外部擾動的情況下，采用PID控制算法進行控制會出現(xiàn)發(fā)散等問題，嚴重影響了系統(tǒng)的控制性能。
[0003]針對傳統(tǒng)PID控制算法的弱魯棒性，有學者提出了分數(shù)階PID的控制方法，通過分數(shù)階算子的遺傳特性來增強控制器的魯棒性。但其在增強控制性能的同時，也增加了 PID控制器的參數(shù)，進一步加大了參數(shù)調(diào)整的難度。也有學者提出了基于傳統(tǒng)控制理論的參數(shù)調(diào)整方法，但其實質(zhì)是把控制器的參數(shù)轉(zhuǎn)移到工藝參數(shù)上，然后把參數(shù)的整定轉(zhuǎn)移到工藝工程師上，仍需要人工的參與，效率較低。此外，這些基于經(jīng)典控制理論的參數(shù)調(diào)整方法運算量很大，只能離線借助高性能PC機運算解出相應(yīng)的參數(shù)，然后再輸入到控制系統(tǒng)中，不能實時跟隨工況的變化而做出相應(yīng)的調(diào)整，動態(tài)性能不好。
[0004]綜上所述，目前業(yè)內(nèi)亟需一種具有較強魯棒性、效率較高、運算量小和動態(tài)性能較好的控制器參數(shù)整定方法及系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是:提供一種具有較強魯棒性、效率較高、運算量小和動態(tài)性能較好的控制器參數(shù)整定方法。
[0006]本發(fā)明的另一目的是:提供一種具有較強魯棒性、效率較高、運算量小和動態(tài)性能較好的控制器參數(shù)整定系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種分數(shù)階PI控制器的參數(shù)在線自整定方法，包括:
[0008]A、給定待整定PI控制器的傳遞函數(shù)并給定被控對象系統(tǒng)的響應(yīng)超調(diào)量，所述待整定PI控制器的傳遞函數(shù)為
【權(quán)利要求】
1.一種分數(shù)階PI控制器的參數(shù)在線自整定方法，其特征在于:包括: A、給定待整定PI控制器的傳遞函數(shù)并給定被控對象系統(tǒng)的響應(yīng)超調(diào)量，所述待整定PI控制器的傳遞函數(shù)為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分數(shù)階PI控制器的參數(shù)在線自整定方法，其特征在于:所述步驟B，其包括: B1、根據(jù)待整定PI控制器的傳遞函數(shù)得到待整定PI控制器的頻域特性，所述頻域特性為:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種分數(shù)階PI控制器的參數(shù)在線自整定方法，其特征在于:所述步驟C，其包括: Cl、判斷當前的W。是否小于1，若是，則在增大Kp和減小Ki后執(zhí)行步驟C3 ;反之，則執(zhí)行步驟C2 ； C2、判斷當前的W是否大于W。，若是，則在增大K1、減小r和減小Kp后執(zhí)行步驟C3 ;反之，則在增大K1、增大r和減小Kp后執(zhí)行步驟C3 ； C3、判斷調(diào)整后的Kp、Ki和r是否使得系統(tǒng)的響應(yīng)超調(diào)量滿足性能指標要求，若是，則以調(diào)整后的Kp、Ki和r作為PI控制器整定后的Kp、Ki和r并結(jié)束流程；反之，則返回步驟B0
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的一種分數(shù)階PI控制器的參數(shù)在線自整定方法，其特征在于:所述被控對象系統(tǒng)的響應(yīng)超調(diào)量為10%。
5.一種分數(shù)階PI控制器的參數(shù)在線自整定系統(tǒng)，其特征在于:包括: 初始化模塊，用于給定待整定PI控制器的傳遞函數(shù)并給定被控對象系統(tǒng)的響應(yīng)超調(diào)量，所述待整定PI控制器的傳遞函數(shù)為
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種分數(shù)階PI控制器的參數(shù)在線自整定系統(tǒng)，其特征在于:所述偏導運算模塊，其包括: 頻域特性獲取單元，用于根據(jù)待整定PI控制器的傳遞函數(shù)得到待整定PI控制器的頻域特性，所述頻域特性為:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種分數(shù)階PI控制器的參數(shù)在線自整定系統(tǒng)，其特征在于:所述在線自整定模塊，其包括: 第一判斷單元，用于判斷當前的W。是否小于I，若是，則在增大Kp和減小Ki后執(zhí)行第三判斷單元；反之，則執(zhí)行第二判斷單元； 第二判斷單元，用于判斷當前的f是否大于W。，若是，則在增大K1、減小r和減小Kp后執(zhí)行第三判斷單元；反之，則在增大K1、增大r和減小Kp后執(zhí)行第三判斷單元； 第三判斷單元，用于判斷調(diào)整后的Kp、Ki和r是否使得系統(tǒng)的響應(yīng)超調(diào)量滿足性能指標要求，若是，則以調(diào)整后的Kp、Ki和r作為PI控制器整定后的Kp、Ki和r并結(jié)束流程；反之，則返回頻域特性獲取單元； 所述第一判斷單元的輸入端與帶寬和r分數(shù)階頻率的輸出端連接，所述第一判斷單元的輸出端通過第二 判斷單元進而與第三判斷單元的輸入端連接。
【文檔編號】G05B11/42GK103926830SQ201410127342
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】張碧陶, 姚科, 高福榮 申請人:廣州市香港科大霍英東研究院