分數(shù)階PID與分數(shù)階PID-MAC控制算法的研究與應(yīng)用.pdf

1、分數(shù)階PID控制是對傳統(tǒng)的整數(shù)階PID控制理論的一種概括和補充。目前,分數(shù)階的概念正不斷融入自動控制、信號處理、網(wǎng)絡(luò)通信、電子工程等信息領(lǐng)域,正在并且繼續(xù)為相應(yīng)領(lǐng)域的技術(shù)進步做出實質(zhì)性的貢獻,分數(shù)階控制系統(tǒng)與分數(shù)階控制器的應(yīng)用涉及各個領(lǐng)域。
　　 模型預(yù)測控制(Model Predictive Control,MPC)是產(chǎn)生于工程實踐的一類基于模型預(yù)測、反饋校正并結(jié)合滾動優(yōu)化的先進計算機優(yōu)化控制算法。它的典型算法有:模型算法控制

2、(Model Algorithmic Control,MAC)、動態(tài)矩陣控制(Dynamic Matrix Control,DMC)、廣義預(yù)測控制(Generalized Predictive Control,GPC)等。它們都基于模型預(yù)測、反饋校正、滾動優(yōu)化三大環(huán)節(jié)。
　　 傳統(tǒng)PID控制,由于原理簡單,直觀易懂,易于工程實現(xiàn),魯棒性強,適用面廣等一系列優(yōu)點,仍然是工業(yè)過程控制中應(yīng)用最廣泛的一類基本控制規(guī)律。但是,隨著工業(yè)的發(fā)

3、展,對象的復(fù)雜程度不斷加深,尤其對于非線性、時變不確定性的復(fù)雜系統(tǒng),常規(guī)PID控制顯得無能為力。分數(shù)階PID控制器較傳統(tǒng)整數(shù)階PID控制器增加了兩個可調(diào)參數(shù),使得其控制器的設(shè)計更加靈活,控制性能更加優(yōu)良。本文以網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和勵磁系統(tǒng)兩大典型系統(tǒng)為例,分析分數(shù)階PID算法(FOPID)在工程實踐中的應(yīng)用,驗證其優(yōu)越性與實用性。在驗證了FOPID控制算法優(yōu)越性的基礎(chǔ)上,并從已有學(xué)者研究出的改進算法(PIDMAC)的改進過程中得到啟發(fā),提出算

4、法的進一步改進,即FOPID-MAC算法,這種算法既具有FOPID算法的優(yōu)點,穩(wěn)定性好,又具有預(yù)測功能。文中給出了算法的具體推導(dǎo)過程,并通過仿真研究的對比,在時域內(nèi)分析了FOPID-MAC控制器的參數(shù)選擇對控制性能的影響,說明了FOPID-MAC算法比基本PID算法、MAC算法以及PIDMAC算法控制性能更好。本文嘗試將改進算法應(yīng)用于EPA控制系統(tǒng)以及鍋爐過熱蒸汽系統(tǒng)中,為探索新型控制算法在工程實踐中的應(yīng)用打下一定的理論基礎(chǔ)。