PDF《PID Governor》

关于一种变参数 PID 控制器的分析与研究 陈永红 朱从乔 万艳玲 ( 海军工程大学 船舶与动力工程学院,湖北 武汉

430033 ) 摘要:分析了变参数 PID 控制器各个参数随着误差信号的变化趋势,得到它们的关系表达式.

通过这 个关系式去实现变参数 PID 控制器的参数校正. 仿真结果表明能得到比常规非变参数 PID 控制 器性能更好. 关键词:PID 控制器;

变参数;

误差信号;

The Research of The Variable Parameters PID Governor CHEN Yong-hong ZHU Cong-qiao WAN Yan-ling (Power Eng. College, Naval Univ. Engineering, Wuhan 430033, China) Abstract: Analyzed the variation trend of the Variable parameters PID governor with System error, and received their expression. Revised the parameters of Variable parameters PID governor through the expression. The emulational result indicated the performance of Variable parameters PID governor is more excellent than general PID governor. Keyword: PID governor;

Variable parameters;

Error signal;

引言 PID 控制是最早发展起来的控制策略之一,由于其算法简单、鲁棒性好及可靠性高, 被广泛应用于过程控制和运动控制中, 尤其适用于可建立精确数学模型的确定性系统. 然而 实际应用过程往往具有非线性、 时变不确定性, 特别是当控制对象存在较大的惯性、 非线性、 强干扰特性时,利用事先整定好的 PID 参数来实现长时间的控制往往难以获得预想的效果. 尤其当被控对象的参数变化超出实际范围时,系统性能会明显变差.为提高 PID 控制性能, 许多学者进行了广泛的研究,提出了许多具有自适应性能的 PID 控制器,比如 PID 参数校 正控制器,它在线辨识对象模型,再根据辨识模型按经验公式来校正 PID 参数,但是由于 在线计算量太大,所以实用性不强.如果利用变参数 PID 控制则可以很好的解决常规控制 器对工况的适应性问题,根据仿真结果表明,调速器的调速性能得到了明显的改善.

1 变参数 PID 控制器 1.1 变参数 PID 控制器参数的选取 PID 控制它是由比例环节 P、积分环节 I、微分环节 D 三种控制规律组成.当输入给定 信号时,各环节动作顺序可看作为,微分环节 D 起前导作用,产生一个峰值输出;

接着比 例环节 P 发生作用,减少被调量的偏差幅值;

然后积分环节 I 克服残余偏差.微分环节 D 的输出与偏差的变化速度成正比,它能记忆偏差变化趋势,加快对偏差变化的反应速度,减 少超调和最大动态偏差;

随着微分增益系数的增大,系统的超调量增大,但经曲线尖锐的起 始上升阶段后响应速度减慢.比例环节 P 使输出输入一一成比例对应,随着比例增益系数 的增大,系统的超调量增加,响应速度越快,稳态误差减少,但不能完全消除稳态误差;

而 且太大易引起超调过大,使系统变的不稳定.积分环节 I 可消除静差,随着积分增益系数的 增大,系统的超调量减少,响应时间变长;

但太小,系统将会变的不稳定.积分环节 I 的输 出与偏差对时间的积分成正比, 它只根据偏差大小来调节却不管被调量变化的方向. 微分环 节dK偏差对时间的微分成正比,这样有利于加快对小偏差的反应速度,提高控制器对干扰 的灵敏度,出现干扰时可及时调整.变参数 PID 控制方法是根据误差信号 e 的变化在线对 PID 控制器各参数进行在线整定.根据以上分析可得到 PID 参数随误差信号的变化趋势 . 如图

1 所示. 图1中pK、iK、dK随e、∫edt 、 ? e 的变化宽度都取[-5,5].当大于这个范围时, p K 、 i K 、 d K 保持不变.根据图

1 所示的变化趋势,可以用式(1) 、 (2) 、 (3)的函数式 来反应它们的关系. )))

3 .

0 exp(

1 (

1 (

2 '

0 e K K K P p p ? ? ? = (1) )) ) (

3 .

0 exp(

1 (

2 '

0 ∫ ? ? ? = edt K K K i i i (2) ))

3 .

0 exp(

1 (

2 '

0 ? ? ? = e K K K d d d (3) 式中 P K ' 、 i K ' 、 d K' 为修正系数,它们主要决定了当系统稳定时的 PID 控制器的参数 和在在线调整 PID 控制器参数的快慢程度.一般情况下 0< P K '