基于ITAE指标的PID参数整定方法比较研究

时间乘以误差绝对值积分(ITAE)的性能指标是一种具有很好工程实用性和选择性的控制系统性能评价指标。该文针对具有实参数不确定性的热工对象,基于蒙特卡罗实验原理,提出了一种PID控制系统性能比较方法。该方法利用大量随机实验,研究了几种典型的PID控制器参数整定方法如: Ziegler-Nichols方法、Chien-Hrones-Reswick方法、Cohen-Coon方法、IMC方法、IST2E最优方法、极点配置方法、幅值相位裕量方法等。所设计的PID控制系统的ITAE性能指标通过ITAE指标对参数整定方法进行分析和选择。最后通过超临界锅炉过热汽温控制的仿真实例验证了方法的有效性。

PID控制器参数的ITAE最佳设定公式

针对一类可以由带有纯时间延迟的一阶模型来近似描述的被控对象,运用参数寻优及曲线拟合等方法得到了一组基于被控对象特征参数的PID控制器最佳设定公式.仿真结果表明:应用该方法所设计的PID控制系统具有超调小、调整时间短、稳态误差小等特点,系统的动态特性较以往的经验公式有了大幅度提高.即使当对象纯滞后时间与时间常数的比值较大时仍然具有较好的控制效果.该方法简洁实用,不仅解决了常规PID控制系统参数整定不良的难题,同时也为进一步构造基于过程特征参数的自适应PID控制系统提供了有力的依据.

基于D稳定域和ITAE准则的主动队列管理算法

主动队列管理(active queue management,简称AQM)是网络拥塞控制的研究热点之一,其中的关键问题是如何设计反馈控制策略.提出一种新的基于D稳定域和时间乘以误差绝对值乘积积分(integral of time-weighted absolute error,简称ITAE)性能准则的比例-积分-微分(proportional-integral-differential,简称PID)优化设计方法(简称DITAE-PID),并用于AQM控制器的设计,控制闭环系统的理想动态性能.首先在复平面上设定一组理想的D稳定域,然后以ITAE为目标函数,通过数值优化算法求出控制器的参数,使得闭环系统的所有特征根都在D稳定域内,以降低排队延时,提高有效吞吐量.对比仿真实验结果表明,该算法能够预先探测和控制拥塞,有较好的鲁棒性,链路利用率更高,丢包率更小,平均队列长度更趋于期望值,同时,趋于期望队列长度的时间更短,其综合性能明显优于典型的随机早期探测(random early detection,简称RED)和比例-积分(proportional-integral,简称PI)算法.

基于ITAE标准函数的纯滞后系统控制

针对纯滞后控制对象,提出了一种基于ITAE标准优化函数的控制器设计方法,将控制器和对象构成的闭环传递函数等效为具有ITAE控制指标的ITAE最佳传递函数,从而求解出控制器参数.对于纯滞后对象,利用一阶Pade近似式来近似纯滞后环节,给出了改进后的系统模型,利用ITAE控制器在模型匹配和失配情况下进行了仿真研究,结果表明:所提出的设计算法简便实用,避免了复杂的参数在线调整过程,在系统模型发生摄动的情况下,均有着较传统PID控制更好的稳定性和鲁棒性,显示了这一设计方法较好的应用前景.

新的ITAE最佳传递函数标准型

给出３组新的ＩＴＡＥ最佳传递函数标准型以及它们的频率特性和阶跃响应；讨论了满足ＩＴＡＥ控制律极值解的唯一性和非唯一性的辩证关系；最后讨论了它们在双容纯时滞二次优化控制系统中的应用．结果是性能指标好，算法简便。

四旋翼飞行器悬停模式ITAE最优PID控制

针对传统的比例-积分-微分(PID)闭环算法在四旋翼飞行器姿态控制中存在的参数整定繁琐、闭环零点导致系统超调量增大的问题,根据系统动态性能指标要求,通过改进传统PID控制算法,设计了基于时间与绝对误差积分(ITAE)性能指标下带前置滤波的最优PID控制算法。使用Matlab软件Simulink工具对传统PID控制与带前置滤波的最优PID控制两种算法进行对比实验,结果表明:采用带前置滤波的最优PID控制,调节时间小于0.5 s,超调量小于5%,在保证系统动态响应快的同时有效抑制了闭环零点对超调量的影响,提升了控制品质,优于传统PID控制。

基于ITAE准则的质量矩拦截弹鲁棒控制研究

以建立的质量矩拦截弹数学模型为基础,通过对模型合理简化,得到一个耦合的非线性动力学系统。利用微分几何的反馈线性化理论,得到一个解耦线性系统。考虑到拦截弹的鲁棒性要求和三个滑块的协调控制问题,提出基于误差的积分准则(ITAE准则),考虑混合灵敏度S/T问题,采用H∞控制理论对拦截弹进行姿态控制系统设计,仿真结果验证了这种方法的有效性。

基于ITAE最优控制的电动伺服加载系统控制器设计

提出了一种用于电动伺服加载系统的控制器设计新方法,该方法主要基于 ITAE 最优控制理论,并结合了不变性原理及零极点配置理论。通过仿真,揭示了控制器设计中几个重要参数选择的依据;结果表明该方法具有很好多余力矩抑制能力及控制性能,显示了良好的应用价值。

基于遗传算法的电动负载模拟器ITAE控制器设计和仿真

在电动负载模拟器(ELS)的控制系统设计过程中,其优化控制参数一般需通过大量试验来确定。本文根据ELS的工作原理建立了其执行机构的数学模型,并分析了连接刚度参数对系统性能的影响,指出在满足系统闭环响应技术指标条件下,应选择低的连接刚度;结合加载梯度参数,选择适当的连接刚度,设计了ELS的复合控制器结构,并采用遗传算法对复合控制器中的各控制参数按ITAE准则进行了寻优,获得了复合控制器参数。仿真和试验结果表明:在该控制器作用下,闭环系统的静差小于0.5%,并且其正弦响应在10Hz时的幅差小于10%,相差小于10deg。

ITAE最优控制的逆问题

用ITAE(时间误差绝对值)最优控制确定状态反馈增益阵K,给出计算加权矩阵Q的参数化公式,并用例子证明这种确定加权矩阵Q方法的有效和简便.研究结果揭开ITAE最优传递函数与加权矩阵Q,R的相互关系,有利于认识ITAE最优控制的本质.

基于ITAE准则的飞控系统航向通道的设计

文章主要研究了用数学计算方法解决状态向量不能完全测量时的控制问题,在系统输出信息缺失一个的状态下,仍能计算出反馈矩阵K,使得系统的特征根配置在所需的极点处。将不完全信息状态的极点配置问题与ITAE标准型结合,对一维系统进行研究。多维系统的矩阵可等价为两个一维矩阵的乘积形式,从而将多维系统在信息不完全状态下的控制问题转化为一维系统的控制。以某型飞机为例对其横侧向系统在着陆状态时的信息不完全情况下的模态控制方法进行了研究。研究结果表明,用此种方法进行控制后系统具有较好的稳定性和鲁棒性。

基于状态反馈的单容时滞过程的ITAE控制研究

针对单容纯时滞对象,提出一种基于ITAE标准化传递函数的状态反馈和基于ITAE最佳设定公式PID相结合的控制设计方法。采用多项式拟合纯滞后环节,构造了基于ITAE最佳传递函数的内环状态反馈矩阵,为能更接近实际情况,还设计了一个全维状态观测器,观测器的极点同样配置ITAE最佳传递函数。观测器频率比状态频率大4～6倍,从而很好地改善了对象动态特性。外环采用基于ITAE最佳设定公式PID来控制。仿真结果表明,此种控制方法对于单容大时滞对象具有良好的快速性、平稳性和鲁棒性。

ITAE在无刷直流电动机PID参数优化中的应用

针对试凑法在无刷直流电动机(BLDCM)PID参数整定中会增加工程调试负担,在分析BLDCM传递函数模型基础上对该被控对象运用非线性最小平方函数,按照ITAE(时间乘以误差绝对值积分)一超调量指标进行PID参数寻优,得到PID控制系统;并与经典Z-N法、庄-IST^2E法和张-ITAE法得到PID控制系统进行比较。MATLAB仿真表明,采用基于ITAE-超调量方法整定的PID控制系统超调量小、响应时间短、稳态误差小。最后通过BLDCM仿真和实例验证采用该整定方法的控制系统可在较低超调量下迅速跟踪输入并可有效抑制负载扰动影响。

基于ITAE最优控制的永磁同步电机矢量控制仿真

介绍了永磁同步电机(PMSM)的数学模型和矢量控制,在给出传统工程设计方法的同时,结合现今计算机辅助设计工具,通过MATLAB/Simulink的仿真手段,对PMSM矢量控制PI控制器参数进行ITAE最优化设计。经与传统工程PI控制器比较,基于ITAE的最优控制具有更好的控制效果。

基于ITAE的时滞过程内模PID滤波器参数优化

针对热工系统中普遍存在的一阶时滞、二阶时滞热工过程,提出以ITAE指标为目标函数,利用黄金分割法对IMC-PID的滤波器参数进行优化。首先,仿真研究了ITAE指标函数对滤波器参数呈单峰性的特点,然后采用黄金分割法对滤波器参数进行快速寻优,从而使系统响应达到最优性能指标。仿真结果表明,该方法能够快速地寻优出滤波器参数,对热工系统的控制研究以及运行操作人员具有一定的指导意义。

基于ITAE自整定模糊液位控制器的设计fA-s

时间乘以误差绝对值积分(ITAE)的性能指标是一种具有很好工程实用性和选择性的控制系统性能指标。文章针对纯滞后液位控制对象,提出了一种基于ITAE自整定模糊控制器的设计,并与传统的PID控制器相比较。结果表明:该控制器与传统PID控制器相比,提高了控制系统的自整定能力和鲁棒性,改善了系统的静态性能和动态性能。

电液伺服系统斜坡响应ITAE准则优化设计

本文全面讨论了电液位置伺服系统斜坡响应ＩＴＡＥ 准则参数优化问题， 提出一种优化设计新方案。

机器人柔性手臂混合ITAE最佳鲁棒控制研究

机器人柔性手臂动力学模型的复杂性及客观系统中的不确定因素,使传统的控制系统很难达到预定的控制要求,寻求鲁棒性强的控制策略势在必行。针对模型参数及扰动的不确定性,进行混合ITAE最佳控制、H∞PID鲁棒控制策略研究,同时利用遗传算法(GA)的隐含并行性和全局搜索特点整定控制器的控制参数以达到混合ITAE、H∞优化性能,并用MATLAB软件进行数值仿真,结果表明这种控制设计方法适用于柔性机器人手臂的控制。

ITAE最优Ⅲ型伺服系统的设计及工程实践

介绍由工程需求而引出的ITAE最优高阶无静差控制系统的研制工作,重点是如何根据系统典型固有环节构建此类系统的通用结构和物理实现方法,通过台架和产品装机实验完善、认定,对工程实践中遇到的相应问题给出理论分析,最终验证其可行性和优越性。研制的新系统达到了预期的优良动静态性能,解决了传统控制方法无法解决的技术难题,如结构谐振,在实际使用中表现出多项优点,显著提高了武器系统性能。该技术成果最终在制式武器上采用,通过定型,装备军队。在控制领域里,长期以来都认为Ⅲ型以上的系统是难以实现和应用的,三阶ITAE最优Ⅲ型伺服系统研制的成功及实用,使这个禁区不复存在,展现了其可期望的应用前景。

基于ITAE最优传递函数的时滞系统次优控制比较研究

采用标准[m/n]Padé有理函数逼近时滞因子的方法进行控制对象的模型降阶,并基于位移无静差ITAE最优传递函数,设计了两种时滞系统次优控制器。以双容时滞系统为仿真对象,比较研究表明,基于全极点标准[m/n]Padé有理函数逼近设计的次优控制器获得最佳控制效果。