执行器速率饱和下的系统归一化及控制性能定量评估

为解决控制器设计中是否需要对执行器速率饱和影响进行补偿的问题,针对速率饱和现象对控制性能的影响进行了定量分析.基于频域时间尺度变换特性,提出了一阶惯性时延被控对象所在闭环系统在执行器速率饱和下的参数归一化方法,将可变参数由4个简化为1个.采用近似最大灵敏度约束积分增益优化(AMIGO)和Skogestad内模控制(SIMC)2种比例积分微分(PID)整定方法来设计控制器参数.经过仿真和逆归一化处理,得到了在恒定系统超调下执行器临界速率饱和值与系统参数之间的数学模型.分析结果表明:AMIGO-PID和SIMC-PI控制器对应的数学模型的平均精度分别为13.89%和2.17%;在相同系统最大超调下,相较于AMIGO-PID控制器,SMIC-PI控制器对执行器的动作速率要求更低,说明SIMC-PI控制器对于执行器的速率饱和影响具有一定的缓和作用;当实际执行器速率饱和值小于模型估计值时,应对速率饱和的影响进行补偿,反之可忽略其影响以节约设计成本.