ID負反饋控制器相結合對電液伺服系統(tǒng)輸入量進行優(yōu)化，具體步驟如下： 建立所述DMC前饋控制器； 通過所述DMC前饋控制器優(yōu)化電液伺服系統(tǒng)的性能指標，以及滾動優(yōu)化所述電液伺服 系統(tǒng)的控制輸入值； 建立所述PID負反饋控制器，獲取優(yōu)化所述電液伺服系統(tǒng)的控制輸入值；其中，對所述PID負反饋控制器的參數(shù)進行整定； 根據(jù)所述DMC前饋控制器獲取的所述電液伺服系統(tǒng)的滾動優(yōu)化的控制輸入值和根據(jù) 所述PID負反饋控制器獲取的所述電液伺服系統(tǒng)的優(yōu)化的控制輸入值，獲取所述電液伺服 系統(tǒng)總的優(yōu)化的控制輸入值。2. 如權利要求1所述的基于動態(tài)矩陣前饋預測的電液伺服PID控制方法，其中，在建立 所述DMC前饋控制器的過程中， DMC算法采用對象的單位階躍響應系數(shù)進行預測模型的建立，在所述電液伺服系統(tǒng)的 輸入端加上單位階躍信號后，在各個采樣時間的動態(tài)階躍響應系數(shù)分別為a1=a(iT)，i= 1，2，...，N，N是模型的時域長度； 根據(jù)線性系統(tǒng)的比例和疊加性質，從k時刻起對系統(tǒng)施加Μ個輸入控制增量Au(k+j)，j= 0, 1，…Μ-1后，則系統(tǒng)在未來ρ個時刻的預測輸出等于不施加任何控制增量 時系統(tǒng)的輸出與單獨施加這Μ個輸入控制增量引起的系統(tǒng)輸出的疊加，即： yM (k+11k) =y〇 (k+11k) +a!Δu(k) (la) yM (k+2Ik) =y。(k+2Ik) +a2Δu(k) +a!Δu(k+1) (lb) 參 參 參 yM (k+PIk) =y。（k+PIk) +aPΔu(k) +... +aPM+1Δu(k+M-1) (lc) 將公式（la)至（lc)寫成矢量形式為： YM(k+l) =Y〇(k+l)+AAU(k) (2) 其中，AU(k) = [Au(k)，Au(k+1)，···，Au(k+M_1)]T，P為滾動優(yōu)化時域長度，M為控 制時域長度（Μ彡P彡N)，A為由階躍響應系數(shù)組成的PXM矩陣，如下所示：3. 如權利要求1所述的基于動態(tài)矩陣前饋預測的電液伺服PID控制方法，其中，在通過 所述DMC前饋控制器優(yōu)化電液伺服系統(tǒng)的性能指標，以及滾動優(yōu)化所述電液伺服系統(tǒng)的輸 入量的過程中， 所述DMC前饋控制器滾動優(yōu)化目標函數(shù)，選擇未來控制時域Μ內的控制增量序列，使系 統(tǒng)在其作用下未來優(yōu)化時域Ρ內的預測輸出值盡可能接近期望輸出值，最優(yōu)控制律由以下 二次型性能指標確定：其中，qjPr,為權系數(shù)，分別表示對跟蹤誤差及控制量變化的抑制； 公式（4)成矢量的形式為：其中，Yjk+1) = [71^+1)，...^(1^)]%未來？個采樣時刻系統(tǒng)的期望輸出值山 為誤差系數(shù)矩陣，R為控制權矩陣，分別表示為： Q=diagtqi,q2, . . . ,qP],R=diagti,r2, . . . ,rM] 將公式（2)帶入公式（5)中，令dJ(k)/dAU(k) = 0,得到最優(yōu)控制律如下： AU(k) = (ATQA+R)VQtY^k+D-YoCk+l)] (6) 公式（6)給出的是AU(k) = [Au(k),Au(k+1)，···，AuQc+M-l)]1^最優(yōu)解，而所述DMC前饋控制器將其中的即時控制增量Au(k)構成實際控制作用于對象： u(k) =u(k-1) +Δu(k) (7) 其中，在公式（7)中， Au(k) = [1,0, ···,0] (ATQA+R)VQtY^k+D-YoCk+l)] (8)。4. 如權利要求1所述的基于動態(tài)矩陣前饋預測的電液伺服PID控制方法，其中，在建立 所述PID負反饋控制器的過程中， 所述PID控制器對電液伺服系統(tǒng)進行在線控制，其控制律為：其中，Kp，心和K,分別為比例系數(shù)，積分時間常數(shù)和微分時間常數(shù)；e(k)為k時刻系統(tǒng)的真實輸出值與給定的期望值之差。5. 如權利要求1所述的基于動態(tài)矩陣前饋預測的電液伺服PID控制方法，其中，在獲取 所述電液伺服系統(tǒng)總的控制輸入值的過程中， 所述DMC前饋控制器和PID負反饋控制器相結合，在K時刻系統(tǒng)總的優(yōu)化控制輸入值 為： Usum(k) =UPID (k)+u(k) (10) 其中，uPID(k)為PID負反饋控制器獲取的控制律；u(k)為DMC前饋控制器獲取的控制 律。6. -種基于動態(tài)矩陣前饋預測的電液伺服PID控制系統(tǒng)，包括： DMC前饋控制器建立單元，用于建立所述DMC前饋控制器； 性能指標優(yōu)化單元，用于通過所述DMC前饋控制器優(yōu)化電液伺服系統(tǒng)的性能指標； 控制輸入值滾動優(yōu)化單元，用于通過所述DMC前饋控制器滾動優(yōu)化所述電液伺服系統(tǒng) 的控制輸入值； PID負反饋控制器建立單元，用于建立所述PID負反饋控制器，獲取優(yōu)化所述電液伺服 系統(tǒng)的控制輸入值； PID負反饋控制器的參數(shù)整定單元，用于對所述PID負反饋控制器的參數(shù)進行整定； 總的優(yōu)化的控制輸入值獲取單元，用于根據(jù)所述DMC前饋控制器獲取的所述電液伺服 系統(tǒng)的滾動優(yōu)化的控制輸入值和根據(jù)所述PID負反饋控制器獲取的所述電液伺服系統(tǒng)的 優(yōu)化的控制輸入值，獲取所述電液伺服系統(tǒng)總的優(yōu)化的控制輸入值。7. 如權利要求6所述的基于動態(tài)矩陣前饋預測的電液伺服PID控制系統(tǒng)，其中，所述 DMC前饋控制器建立單元在建立所述DMC前饋控制器的過程中， DMC算法采用對象的單位階躍響應系數(shù)進行預測模型的建立，在所述電液伺服系統(tǒng)的 輸入端加上單位階躍信號后，在各個采樣時間的動態(tài)階躍響應系數(shù)分別為a1=a(iT)，i= 1，2，...，N，N是模型的時域長度； 根據(jù)線性系統(tǒng)的比例和疊加性質，從k時刻起對系統(tǒng)施加Μ個輸入控制增量Au(k+j)，j= 0, 1，…Μ-1后，則系統(tǒng)在未來ρ個時刻的預測輸出等于不施加任何控制增量 時系統(tǒng)的輸出與單獨施加這Μ個輸入控制增量引起的系統(tǒng)輸出的疊加，即： yM (k+11k) =y〇 (k+11k) +a!Δu(k) (la) yM (k+2Ik) =y。(k+2Ik) +a2Δu(k) +a!Δu(k+1) (lb) 參 參 參 yM (k+PIk) =y。（k+PIk) +aPΔu(k) +... +aPM+1Δu(k+M-1) (lc) 將公式（la)至（lc)寫成矢量形式為： YM(k+l) =Y〇(k+l)+AAU(k) (2) 其中，AU(k) = [Au(k)，Au(k+1)，···，Au(k+M_1)]T，P為滾動優(yōu)化時域長度，M為控 制時域長度（Μ彡P彡N)，A為由階躍響應系數(shù)組成的PXM矩陣，如下所示：8. 如權利要求6所述的基于動態(tài)矩陣前饋預測的電液伺服PID控制系統(tǒng)，其中，所述性 能指標優(yōu)化單元和所述控制輸入值滾動優(yōu)化單元在通過所述DMC前饋控制器優(yōu)化電液伺 服系統(tǒng)的性能指標，以及在優(yōu)化所述電液伺服系統(tǒng)的輸入量的過程中， 所述DMC前饋控制器滾動優(yōu)化目標函數(shù)，選擇未來控制時域Μ內的控制增量序列，使系 統(tǒng)在其作用下未來優(yōu)化時域Ρ內的預測輸出值盡可能接近期望輸出值，最優(yōu)控制律由以下 二次型性能指標確定：其中，&和r,為權系數(shù)，分別表示對跟蹤誤差及控制量變化的抑制； 公式（4)成矢量的形式為：其中，Yjk+1) = [71^+1)，...^(1^)]%未來？個采樣時刻系統(tǒng)的期望輸出值山 為誤差系數(shù)矩陣，R為控制權矩陣，分別表示為： Q=diagtqi,q2, . . . ,qP],R=diagti,r2, . . . ,rM] 將公式⑵帶入公式（5)中，令dJ(k)/dAU(k) = 0,得到最優(yōu)控制律如下： AU(k) = (ATQA+R)VQtY^k+D-YoCk+l)] (6) 公式（6)給出的是AU(k) = [Au(k),Au(k+1)，···，AuQc+M-l)]1^最優(yōu)解，而所述DMC前饋控制器將其中的即時控制增量Au(k)構成實際控制作用于對象： u(k) =u(k-1) +Δu(k) (7) 其中，在公式（7)中， Au(k) = [1,0, ···,0] (ATQA+R)VQtY^k+D-YoCk+l)] (8)。9. 如權利要求6所述的基于動態(tài)矩陣前饋預測的電液伺服PID控制系統(tǒng)，其中，所述 PID負反饋控制器建立單元所述在建立所述PID負反饋控制器的過程中， 所述PID控制器對電液伺服系統(tǒng)進行在線控制，其控制律為：其中，Kp，心和K,分別為比例系數(shù)，積分時間常數(shù)和微分時間常數(shù)；e(k)為k時刻系統(tǒng)的真實輸出值與給定的期望值之差。10. 如權利要求6所述的基于動態(tài)矩陣前饋預測的電液伺服PID控制系統(tǒng)，其中，所述 總的優(yōu)化的控制輸入值獲取單元在獲取所述電液伺服系統(tǒng)總的優(yōu)化的控制輸入值的過程 中， 所述DMC前饋控制器和PID負反饋控制器相結合，在K時刻系統(tǒng)總的優(yōu)化的控制輸入 值為： Usum(k) =UPID (k)+u(k) (10) 其中，uPID(k)為PID負反饋控制器獲取的控制律；u(k)為DMC前饋控制器獲取的控制 律。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于動態(tài)矩陣前饋預測的電液伺服PID控制方法及系統(tǒng)，其中的方法包括：通過DMC前饋控制器和PID負反饋控制器相結合對電液伺服系統(tǒng)輸入量進行優(yōu)化，具體步驟如下：建立DMC前饋控制器；通過DMC前饋控制器優(yōu)化電液伺服系統(tǒng)的性能指標，以及滾動優(yōu)化電液伺服系統(tǒng)的控制輸入值；建立PID負反饋控制器，獲取優(yōu)化電液伺服系統(tǒng)的控制輸入值；根據(jù)DMC前饋控制器獲取的電液伺服系統(tǒng)的滾動優(yōu)化的控制輸入值和根據(jù)PID負反饋控制器獲取的電液伺服系統(tǒng)的優(yōu)化的控制輸入值，獲取電液伺服系統(tǒng)總的優(yōu)化的控制輸入值。上述發(fā)明，能夠解決不依賴對象的數(shù)學模型和外界帶來的干擾問題。
【IPC分類】G05B13/04
【公開號】CN105388764
【申請?zhí)枴緾N201510934230
【發(fā)明人】王堃, 孔文欣, 周傳德, 劉成俊, 劉娟, 孔松濤, 楊辰鶴
【申請人】重慶科技學院
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年12月15日