没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
论文研究-执行器饱和下的最优IMC-PI控制器设计.pdf
需积分: 10 2 下载量 88 浏览量
2019-07-23
06:04:20
上传
评论 1
收藏 701KB PDF 举报
温馨提示
试读
4页
控制器性能会受到执行器饱和现象的影响,为了准确评价系统在出现执行器饱和时的跟踪性能,研究了饱和条件下基于内模法(internal model control,IMC)的跟踪性能基准PI控制器的设计问题。 当被控对象可近似为一阶带滞后(first order plus dead time,FOPDT)模型时,选取绝对误差积分(integral absolute error,IAE)为控制器性能评价指标,给出了IAE指标与控制器参数的关系。通过分析闭环传递函数的时域特性,建立控制器输出最大值与控制器参数的解析关系,可直接根据解析关系式选取饱和情形下基准IMC-PI控制器的参数。仿真证明所提方法较其他抗饱和方法更为简洁且跟踪效果更好。
资源推荐
资源详情
资源评论
书书书
收稿日期:20150401;修回日期:20150522 基金项目:国家自然科学基金资助项目(61273098);辽宁省高等学校科研计划资助项目
(
L2012020)
作者简介:夏浩(1971),男,教授,硕导,博士,主要研究方向为控制器性能评价及先进过程控制(hao.x.xia@dlut.edu.cn);于明莉(1989),
女,硕士,主要研究方向为 PID控制器性能评价;李柳柳(1990),女,硕士研究生;杨希珞(1989),女,硕士研究生.
执行器饱和下的最优 IMCPI控制器设计
夏 浩,于明莉,李柳柳,杨希珞
(大连理工大学 电子信息与电气工程学部,辽宁 大连 116024)
摘 要:控制器性能会受到执行器饱和现象的影响,为了准确评价系统在出现执行器饱和时的跟踪性能,研究
了饱和条件下基于内模法(internalmodelcontrol,IMC)的跟踪性能基准 PI控制器的设计问题。当被控对象可近
似为一阶带滞后(firstorderplusdeadtime,FOPDT)模型时,选取绝对误差积分(integralabsoluteerror,IAE)为控制
器性能评价指标,给出了
IAE指标与控制器参数的关系。通过分析闭环传递函数的时域特性,建立控制器输出
最大值与控制器参数的解析关系,可直接根据解析关系式选取饱和情形下基准 IMCPI控制器的参数。仿真证
明所提方法较其他抗饱和方法更为简洁且跟踪效果更好。
关键词:PI控制器;内模法;执行器饱和;跟踪性能;绝对误差积分
中图分类号:TP2732 文献标志码:A 文章编号:10013695(2016)04108304
doi:10.3969/j.issn.10013695.2016.04.027
OptimalIMCPIcontrollerdesignwithactuatorsaturationconstraint
XiaHao,YuMingli,LiLiuliu,YangXiluo
(FacultyofElectronicInformation&ElectricalEngineering,DalianUniversityofTechnology,DalianLiaoning116024,China)
Abstract:ActuatorsaturationcanaffecttheperformanceofPIcontroller.Inordertoassessthesetpointtrackingperformance
underactuatorsaturationaccurately,thepaperstudiedthedesignmethodofPIcontrollerbasedoninternalmodelcontrol
(IMC)withoptimalsetpionttrackingperformance.Withtheplantapproximatedtothefirstorderplustimedelay(FOPDT)
model,thecontrolperformanceindexusedtheintegralabsoluteerror(IAE),thispaperdevelopedtherelationshipbetween
IAEindexandcontrollerparameter.Byanalyzingthetimeresponseofclosedlooptransferfunction,thepaperestablishedthe
analyticrelationshipbetweenthemaximumcontrolleroutputandthecontrollertuningparameter.Basedonthisrelationship,
selectingtheoptimalIMCPIcontrollerunderactuatorsaturationismoresimple.Simulationexperimentsshowthatthedesign
methodinthispaperismoreconciseandhasbettersetpointtrackingperformancethanothercommonantiwindupmethods.
Keywords:PIcontroller;internalmodelcontrol;actuatorsaturation;setpointtrackingperformance;integratedabsoluteerror
控制器性能评价技术起源于 1989年 Harris
[1]
提出的以最
小方差控制(MVC)准则来评价控制器性能的思想,并在以后
得到了广泛应用
[2,3]
。由于 PID控制器广泛地应用在工业生
产中,所以对 PID控制器的性能评价一直是控制界普遍关心的
课题
[4~6]
。基于内模法(IMC)设计的 PID控制器只具有一个
调节参数,且结构简单易于调整,目前被广泛应用于 PID控制
器设计中
[7~9]
。本文着重研究如何在考虑饱和条件下设计基
于 IMC法的最优 PI控制器,并以此控制器所能达到的 IAE指
标值对现有控制器的跟踪性能进行评价。
执行器输出饱和是系统处于动态调整过程时经常发生的
现象,会影响控制器的性能,如果此时仍采用未出现饱和时的
控制性能为评价标准,那么评价结果是不准确的。文献[10]
综合了多种 PID抗饱和的方法,如状态观测法、条件技术、增量
算法、抗积分饱和算法、条件积分法、变结构 PID控制。文献
[11]提出用雅克比矩阵计算 PID参数使控制器避免饱和,但
这些方法计算较为繁琐,涉及非线性方程,控制器参数与饱和
值的关系不够简明。而如果忽略饱和直接计算 PID控制器参
数,如文献[6]中介绍的 IMC法设计 PID,通过内模思想保证
了控制器的跟踪性,但是没有考虑饱和情形,因此在饱和情形
下跟踪性能会变差。
针对以上问题,本文研究了在执行器饱和情形下设计最优
IMCPI控制器的方法,通过对闭环传递函数中的时滞无理项
采用一阶帕德(Pade)近似,推导出饱和度与 IMCPI控制器参
数的关系式,给出了两者之间的数值拟合关系。根据这个关
系,通过简单的计算就能得到合适的最优
IMCPI控制器参数。
给出了在饱和情形下评价
IMCPI控制器的具体方法步骤,并
以仿真示例进行了说明。
1 IMCPI控制器阶跃信号跟踪性能指标
11 PI控制器 IMC设计方法
设反馈回路如图 1所示。很多工业过程都是开环稳定系
统,并可以用一阶加时滞(
FOPDT)模型表示
[12]
。设本文被控
对象
P(s)为稳定的线性时不变(LTI)过程,其 FOPDT模型为
P(s)=
K
T
1
s+1
e
-
θ
s
(1)
本文采用理想 PI控制器,模型为
C(s)=K
c
1+
1
T
i
( )
s
(2)
第 33卷第 4期
2016年 4月
计 算 机 应 用 研 究
ApplicationResearchofComputers
Vol.33No.4
Apr.2016
资源评论
weixin_39840650
- 粉丝: 409
- 资源: 1万+
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
最新资源
- Screenshot_20240427_031602.jpg
- 网页PDF_2024年04月26日 23-46-14_QQ浏览器网页保存_QQ浏览器转格式(6).docx
- 直接插入排序,冒泡排序,直接选择排序.zip
- 在排序2的基础上,再次对快排进行优化,其次增加快排非递归,归并排序,归并排序非递归版.zip
- 实现了7种排序算法.三种复杂度排序.三种nlogn复杂度排序(堆排序,归并排序,快速排序)一种线性复杂度的排序.zip
- 冒泡排序 直接选择排序 直接插入排序 随机快速排序 归并排序 堆排序.zip
- 课设-内部排序算法比较 包括冒泡排序、直接插入排序、简单选择排序、快速排序、希尔排序、归并排序和堆排序.zip
- Python排序算法.zip
- C语言实现直接插入排序、希尔排序、选择排序、冒泡排序、堆排序、快速排序、归并排序、计数排序,并带图详解.zip
- 常用工具集参考用于图像等数据处理
资源上传下载、课程学习等过程中有任何疑问或建议,欢迎提出宝贵意见哦~我们会及时处理!
点击此处反馈
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功