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基于闭环系统动态特征的自整定PI 控制器
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<p>为了满足时变对象自适应控制的需要,根据闭环系统主导极点的原理,提出了能够表示不同类型闭环系统的三阶标准化闭环模型.利用标准化模型在线辨识闭环系统,并从中提取3个能够表征闭环系统动态性能的特征量;然后利用神经网络建立闭环系统特征与对象参数变化率之间的关系.通过将控制器与对象的参数集结,根据对象参数变化率来整定PI控制器.在不同条件下的仿真说明所提方法的有效性和鲁棒性.</p>
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第 23 卷 第 4 期
Vol. 23 No. 4
控 制 与 决 策
Control and Decision
2008 年 4 月
Apr. 2008
收稿日期 : 2006212218 ; 修回日期 : 2007203208.
作者简介 : 王强
(
1977 —
)
,男 ,太原人 ,博士生 ,从事神经网络和自适应控制的研究 ; 宋文忠
(
1936 —
)
,男 ,上海人 ,
教授 ,博士生导师 ,从事先进控制与综合自动化等研究.
文章编号 : 100120920
(
2008
)
0420425206
基于闭环系统动态特征的自整定 PI 控制器
王 强 , 宋文忠 , 达飞鹏
(
东南大学 自动化研究所 , 南京 210096
)
摘 要 : 为了满足时变对象自适应控制的需要 ,根据闭环系统主导极点的原理 ,提出了能够表示不同类型闭环系统
的三阶标准化闭环模型. 利用标准化模型在线辨识闭环系统 ,并从中提取 3 个能够表征闭环系统动态性能的特征量 ;
然后利用神经网络建立闭环系统特征与对象参数变化率之间的关系. 通过将控制器与对象的参数集结 ,根据对象参
数变化率来整定 PI 控制器. 在不同条件下的仿真说明所提方法的有效性和鲁棒性.
关键词 : 闭环模型 ; 主导极点 ; 参数集结 ; 神经网络
中图分类号 : TP273 文献标识码 : A
Self2tuning PI controller based on dynamic characteristics of closed2
loop system
W A N G Qiang , SON G Wen2z hong , DA Fei2peng
(
Research Institute of Automation , Southeast University , Nanjing 210096 , China. Correspondent : WAN G Qiang ,
E2mail : wangq_mail @163. com
)
Abstract : To design adaptive controllers for time2varying processes , a normalized third order closed2loop model which
can represent different types of closed2loop systems is developed based on the principle of dominant poles of closed2
loop system. Closed2loop system can be identified on2line by using normalized third order closed2loop model , and
dynamics of closed2loop system can be described by three characteristic parameters which are extracted from the
normalized third order closed2loop model. Then a neural network is utilized to derive the relationship between the
characteristic parameters and the varying rate of plant parameters , which can be used to adjust the parameters of PI
controller by aggregating the parameters of controller and plant. Several simulations under different conditions show
the effectiveness and robustness of the proposed method.
Key words: Closed2loop model ; Dominant poles ; Parameter aggregating ; Neural network
1
引 言
尽管近半个世纪来不断推出各种先进的控制方
法 ,但 PID 控制器以其结构简单、适应性强和易于
现场操作等优点 ,仍是迄今为止最常用的控制方法.
Desborough
[1 ]
于 2001 年指出 ,有 2/ 3 的 PID 控制
系统性能达不到用户所期望的要求 ,而其中很重要
的原因就是由于对象的非线性或时变所造成的 ,说
明了现有的针对时变系统的自适应 PID 整定方法
还不能满足实际的要求.
现有的自适应 PID 整定方法主要有两类 :第一
类是基于模型的方法 ,例如极点配置自校正 PID
[2 ]
和最小方差自适应 PID
[3 ]
等 ,这种方法主要依赖模
型 ,而生产过程中由于外界环境变化或干扰的发生 ,
往往得不到精确的模型 ;还有一类就是基于特征或
规则的方法 ,如模糊整定
[4 ]
、模式识别自整定
[5 ]
等.
基于规则的方法并不需要对象的模型 ,而是利用系
统特征量如超调、衰减率等来整定控制器
[6 ]
. 例如
Sbarbaro 等
[5 ]
以闭环系统的阶跃响应曲线为特征
整定控制器. 如果从阶跃响应中仅提取超调、衰减率
等特征
[6 ]
,只能局限于欠阻尼响应情况 ,过阻尼响应
情况下这些特征并不明显 ,导致特征无法提取 ,而且
当回路的随机干扰较大或生产过程不允许作较大的
阶跃扰动时提取特征也很困难.
针对线性时变系统的需求 ,本文提出基于闭环
系统特征的 PI 自整定方法. 该方法利用三阶标准化
模型在线辨识闭环系统 ,利用闭环系统的动态特征
识别对象的参数变化率来整定控制器.
2 三阶标准化闭环模型
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weixin_38709511
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