PID及GPC控制器的參數(shù)優(yōu)化與魯棒設(shè)計(jì).pdf

1、本文首先對(duì)國內(nèi)外近年來在PID控制器參數(shù)整定方法、優(yōu)化算法以及GPC的穩(wěn)定性、魯棒性方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，并從中理清了開展本文研究工作的一些思路。具體的工作包括： 提出了PID參數(shù)優(yōu)化整定的兩種新型的目標(biāo)準(zhǔn)則，GITAE和RGISE，它們均考慮包含誤差變化率項(xiàng)，也都引入了能反映對(duì)象響應(yīng)特征的時(shí)間量，并用此無量綱化的特征時(shí)間量來平衡誤差項(xiàng)與誤差變化率項(xiàng)對(duì)準(zhǔn)則的作用。仿真結(jié)果表明，對(duì)工業(yè)過程中常見的FOPDT 近似模型對(duì)象，GI

2、TAE優(yōu)化結(jié)果的性能比ITAE要好，更重要的是，它克服了ITAE在時(shí)滯比很小及很大時(shí)幅值裕度不夠的缺點(diǎn)，當(dāng)時(shí)滯比在0.02至20范圍內(nèi)變化時(shí)都能夠達(dá)到一般工程實(shí)際要求的6dB，因此其適應(yīng)性更強(qiáng)；而對(duì)具有共軛復(fù)數(shù)極點(diǎn)和負(fù)實(shí)零點(diǎn)且時(shí)滯很小或沒有的SOPDT對(duì)象，改進(jìn)的廣義平方誤差積分準(zhǔn)則-RGISE能克服ITAE和GISE對(duì)此類對(duì)象優(yōu)化時(shí)不能確保有足夠大的幅值裕度的缺點(diǎn)。 對(duì)飛行控制領(lǐng)域常見的一類模型對(duì)象，基于ITAE誤差準(zhǔn)則對(duì)有約

3、束的PID控制器參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。采用單純形搜索法，主要針對(duì)參數(shù)空間的約束問題做了一些改進(jìn)，在MatLab上以函數(shù)形式實(shí)現(xiàn)了這種參數(shù)尋優(yōu)。用這種方法獲得的優(yōu)化PID參數(shù)，既保證了滿足用戶約束，又能在允許的參數(shù)空間內(nèi)獲得最優(yōu)ITAE性能指標(biāo)，也具有快速、平穩(wěn)、超調(diào)小的特性。 把魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能的思想引入到PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。在頻域中，將混合靈敏度的無窮范數(shù)作為PID控制器的魯棒設(shè)計(jì)指標(biāo)，但需要適當(dāng)?shù)剡x取權(quán)函數(shù)，然后可用簡單的單

4、純形法搜索出控制器的優(yōu)化參數(shù)。 研究了用混合靈敏度的H<,∞>范數(shù)作為PID控制器的魯棒設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，控制器參數(shù)的可行域的確定問題。首先可以把混合靈敏度的H<,∞>范數(shù)要求轉(zhuǎn)化為一族復(fù)系數(shù)多項(xiàng)式的穩(wěn)定性要求，再加上基本的閉環(huán)特征多項(xiàng)式的穩(wěn)定性，通過求解這些含參數(shù)多項(xiàng)式的穩(wěn)定性，解出參數(shù)的可行域。在求解多項(xiàng)式穩(wěn)定性的過程中，采用推廣的Hermite-Biehler定理。 對(duì)GPC的兩個(gè)具有連續(xù)性的參數(shù)，柔化因子和控制加權(quán)因子