一種結合比例積分與狀態(tài)重置的控制系統(tǒng)及實現(xiàn)方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及自動化控制技術領域，具體涉及結合PI (PID : Proportional-Integral，比例積分）控制與狀態(tài)重置控制（Reset Control)的控制系統(tǒng)及 實現(xiàn)方法。
【背景技術】
[0002] 比例積分（PI)控制器廣泛的應用于各種需要自動化控制的場合，PI控制器的輸 出包括比例項、積分項兩個部分，PI算法的形式可描述為：
【主權項】
1. 一種結合比例積分與狀態(tài)重置的控制系統(tǒng)，包括比例積分控制環(huán)節(jié)，輸入為誤差信 號e(t)，輸出u(t)用于控制被控對象P(s)，其特征在于，所述結合比例積分與狀態(tài)重置的 控制系統(tǒng)還包括狀態(tài)重置控制環(huán)節(jié)，所述狀態(tài)重置控制環(huán)節(jié)與所述比例積分控制環(huán)節(jié)并 聯(lián)，當誤差信號e(t)和所述狀態(tài)重置控制環(huán)節(jié)的輸出信號符號相異時，所述狀態(tài)重置控制 環(huán)節(jié)的輸出信號重置到零值。
2. 如權利要求1所述的結合比例積分與狀態(tài)重置的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述結合 比例積分與狀態(tài)重置的控制系統(tǒng)還包括第一調節(jié)參數(shù)與第二調節(jié)參數(shù)，所述第一調節(jié)參數(shù) 與所述比例積分控制環(huán)節(jié)串聯(lián)，所述第二調節(jié)參數(shù)與所述狀態(tài)重置控制環(huán)節(jié)串聯(lián)。
3. 如權利要求2所述的結合比例積分與狀態(tài)重置的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一 調節(jié)參數(shù)與所述第二調節(jié)參數(shù)的和為1。
4. 如權利要求2所述的結合比例積分與狀態(tài)重置的控制系統(tǒng)，其特征在于，增大所述 第一調節(jié)參數(shù)與所述第二調節(jié)參數(shù)的比值，以實現(xiàn)快速調節(jié)。
5. 如權利要求2所述的結合比例積分與狀態(tài)重置的控制系統(tǒng)，其特征在于，減小所述 第一調節(jié)參數(shù)與所述第二調節(jié)參數(shù)的比值，以減小超調量。
6. 如權利要求1所述的結合比例積分與狀態(tài)重置的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述狀態(tài) 重置控制環(huán)節(jié)為一階重置控制環(huán)節(jié)。
7. 如權利要求6所述的結合比例積分與狀態(tài)重置的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述一階 重置控制環(huán)節(jié)包括并聯(lián)的第一線性濾波器與第二線性濾波器，所述第一線性濾波器的第一 電容并聯(lián)第一二極管，所述第二線性濾波器的第二電容并聯(lián)第二二極管，所述第一二極管 與所述第二二極管方向相反，所述一階重置控制環(huán)節(jié)的輸出為： xr (t) =-VC1(t)-VC2(t) 其中Va(t)為所述第一線性濾波器的輸出，ve2(t)為所述第二線性濾波器的輸出。
8. 如權利要求6所述的結合比例積分與狀態(tài)重置的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述一階 重置控制環(huán)節(jié)的連續(xù)動態(tài)部分傳遞函數(shù)可以表示為;，其中&為電阻Ri的值，為電 阻R2的值，電容的值為c = ^。
9. 如權利要求6所述的結合比例積分與狀態(tài)重置的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述一階 重置控制環(huán)節(jié)的動態(tài)方程為：
其中e(t)和\(t，j)分別表示t時刻一階重置控制環(huán)節(jié)的輸入和輸出電壓。j表示已 經(jīng)發(fā)生j次重置。tj+1表示第j次重置出現(xiàn)的時刻，x,(tj+1，j)表示重置之前一階濾波器的 狀態(tài)值，&(^+1，j+1)表示第j次重置之后一階濾波器的值。
10. -種如權利要求1-9所述的結合比例積分與狀態(tài)重置的控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其 特征在于，所述實現(xiàn)方法包括以下步驟： (1)不考慮狀態(tài)重置控制環(huán)節(jié)的重置行為，考慮所述狀態(tài)重置控制環(huán)節(jié)的連續(xù)動態(tài) 部分的傳遞函數(shù)，確定結合比例積分與狀態(tài)重置的控制系統(tǒng)的參數(shù)，使得閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn) 定； (2) 考慮狀態(tài)重置控制環(huán)節(jié)的重置行為，確定狀態(tài)重置控制環(huán)節(jié)的參數(shù)； (3) 調節(jié)比例積分控制環(huán)節(jié)與重置控制環(huán)節(jié)的比例，以達到改善系統(tǒng)動態(tài)行為的目的。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種結合比例積分與狀態(tài)重置的控制系統(tǒng)，包括比例積分控制環(huán)節(jié)，輸入為誤差信號e(t)，輸出u(t)用于控制被控對象P(s)，結合比例積分與狀態(tài)重置的控制系統(tǒng)還包括狀態(tài)重置控制環(huán)節(jié)，狀態(tài)重置控制環(huán)節(jié)與比例積分控制環(huán)節(jié)并聯(lián)，當誤差信號e(t)和狀態(tài)重置控制環(huán)節(jié)的輸出信號符號相異時，狀態(tài)重置控制環(huán)節(jié)的輸出信號重置到零值。本發(fā)明還提供一種結合比例積分與狀態(tài)重置的控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。本發(fā)明提供的結合比例積分與狀態(tài)重置的控制系統(tǒng)及實現(xiàn)方法，第一調節(jié)參數(shù)與比例積分環(huán)節(jié)串聯(lián)，第二調節(jié)參數(shù)與重置控制環(huán)節(jié)串聯(lián)，調節(jié)第一調節(jié)參數(shù)與第二調節(jié)參數(shù)，以實現(xiàn)快速調節(jié)、減小超調量，同時達到較好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。
【IPC分類】G05B13-04
【公開號】CN104698841
【申請?zhí)枴緾N201510058161
【發(fā)明人】王景成, 趙廣磊
【申請人】上海交通大學
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年2月4日