基于遗传算法的数字PID抗饱和设计

提出了一种新的带各种约束条件的数字PID设计法。以误差积分型指标为目标函数,以Ziegler-Nichols法的PID参数为参考,设定参数搜索空间,再添加各种约束条件,形成PID参数优化数学模型,最后采用了带微变异算子的遗传算法求解该模型,获得PID优化参数。数值实践表明,本方法简易、有效,十分适合于工程应用。

数字PID算法中的微分饱和与积分饱和问题

本文定义了积分饱和与比例微分饱和 ,提出了位置式和增量式等价、比例微分饱和的影响和消除比例微分饱和影响等概念。

数字PID控制中的积分饱和问题

分析了计算机控制系统中最常用的PID调节器在工程应用中的积分饱和问题,介绍了几种抗积分饱和的方法。仿真研究表明,文中所采用的改进算法比常规PID控制能较好地消除积分饱和作用,在实际应用中有一定的实用价值。

基于抗积分饱和的风力发电机控制系统

本文针对大中型风力发电机组在不同风况下的起动、低风速和高风速下变速变桨距的运行方式,在桨距角控制原理和成熟的数字PID控制技术基础上,提出了一种新型抗积分饱和的PID调节方式。该方法提高了系统响应的快速性,在风速突变时具有良好的鲁棒性。有助于输出功率的稳定。文中给出了具体的控制方框图和软件算法。该方法具有成本低、控制方法简单等特点,具有良好的实用价值。

数字PID控制中积分饱和效应及克服方法

分析了闭环控制系统中产生积分饱和效应的原因和克服方法。

温控系统中改进的PID算法

对传统的PID控制算法进行了深入的分析,并结合实际工程项目,对原PID算法进行了改进,改进算法基于实际控制对象,先后用到了"变速积分","抗积分饱和","活用微分项","给定值平移"等方法。其中"活用微分项","给定值平移"等方法是笔者自己提出来的。经过实验验证,相比传统PID算法,上述改进方法的综合利用取得了显著效果。

一种新型PID算法在液压实验台中的应用

针对液压实验平台的控制系统现场扰动复杂、动态性能要求高的特点,实现了一种新型的基于积分饱和处理PID算法。通过实验表明,应用新型PID算法的控制系统实现了良好的控制性能,保证了液压系统的控制精度和动态性能。

基于改进型PID算法在冰箱温控上的应用

电冰箱的发展方向已经越来越倾向智能化,而冰箱的温度控制则是冰箱智能化的关键技术。目前,在大多数场合,冰箱内的温度场呈不均匀分布,传统的PID控制算法容易出现积分饱和问题,本文提出了一种抗饱和PID控制算法。利用MATLAB进行仿真,实验结果证明改进型PID控制算法可以显著地减少系统的超调量,减少系统的稳定时间,实现精准温控。

稳定跟踪平台的FKAPID控制算法

针对传统PID控制算法在稳定跟踪平台控制中的诸多问题,提出一种带有卡尔曼滤波器的基于前馈补偿和抗积分饱和PID(FKAPID)控制的控制方法。计算机仿真实验表明,控制方法使系统的单位阶跃响应的超调量减小到6%,调节时间缩短至1.4 s,跟踪误差的均方差值减小了1个数量级以上,动态响应性能、对周期性信号的跟踪性能和对干扰的抑制能力明显提高。

交互式水域环卫机器人的避障路径规划算法

为使交互式水域环卫机器人(Interactive Water Sanitation Vehicle,IWSV)在进行垃圾收集时成功捕获水中浮动垃圾并顺利规避水域障碍物,提出一种将基于采样的快速搜索随机树(Rapidly-exploring Random Tree,RRT)算法与速度障碍模型相结合的路径规划算法。利用双目摄像头基于视差定位法获取水域动态障碍物的位置坐标,利用IWSV搭载的感应元件获取其自身与障碍物的相对方位角,基于速度障碍法计算可成功避开障碍物的移动角度调整范围,对更优的RRT算法中的随机采样过程进行进一步优化,得到改进的避障路径规划算法。考虑实际应用场景,引入抗积分饱和比例积分微分控制(Proportional Integral Differentiational Control,PID Control)法使航向控制器的控制效果更为精准有效。在实景测试时避障路径规划算法存在稳健性,基于到达时间(Time of Arrival,TOA)定位法进行仿真分析。仿真试验结果表明,该路径规划算法比RRT算法和改进前的RRT算法路径规划效果更优,可靠性更好,可在较短时间内避障并得到较优移动路径。在实景测试时基于TOA的Chan算法更加符合定位估计需求,且IWSV本体感应装置的噪声测算宜在10 m以内。

应用于半导体激光器的高精度温控系统设计

面向半导体激光器温控系统的高精度、高速与高集成化的需求,设计了一款高精度、快速响应、高集成化、低成本的数模混合架构温控系统。该系统以FPGA为控制核心,硬件部分包括由三线制惠斯通电桥、仪表放大器、模数转换器组成的温度信号采集与调理模块,全桥降压电路驱动模块,热电制冷器模块等。针对热敏电阻和电桥的非线性误差,提出了一种可变控温零点的温度信号调理方法,该方法基于迭代与多目标最优化算法,提高了控温精度,同时降低了仪表放大器与模数转换器的指标要求,从而降低了系统成本。针对温度滞后大、延迟高的特点,控温策略采用了抗饱和积分的PID(AWPID)自动控制方法,从而降低超调,加快收敛速度。测试结果表明,该温控系统在-45~75℃的温度范围内,实现了±0.02℃的控温精度,相较于固定控温零点的温控系统最大0.1951℃的控温精度提高了89.7%。与传统PID控制算法相比,AWPID控制算法将超调从9.13%降低到1.5%,将稳定时间从41 s降低到30 s。稳定性测试表明,该温控系统能够在长时间内保持±0.02℃的控温精度,满足稳定性要求。该系统具有高精度、快速响应、高集成化、低成本的特点,为半导体激光器的复杂应用场景提供了高精度的温度保障。

用于紫外光谱仪的探测器温度控制系统

为了降低探测器的噪声与暗电流,使光谱仪的CMOS探测器能获得更准确的光谱曲线,设计了探测器温度控制系统。本系统核心采用基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的增量式比例-积分-微分(PID)控制算法。在传统控制算法的基础上,增加了抗积分饱和控制,并且在PID算法的前端增加了对目标值的过渡过程。该系统在实现探测器温度变化速率可控的同时,也解决了超调过大的问题。多次整机环境实验结果表明:在轨环境温度条件下,40°C温差范围内该系统可以控制探测器以指定温变速率(4.5±0.05)°C/min达到任意温度;并且可在该温度下稳定工作;温度变化范围为±0.1°C。相比于传统模拟PID控制方法,其具有灵活度高,稳定性强等优点。当制冷到−10°C时,探测器的噪声得到了有效抑制。

FCS165现场总线控制系统实际微分PID控制器的设计

在分析PID控制器设计常用的理想微分PID控制算法和实际微分PID控制算法的基础上,选择实际微分PID控制算法用于FCS165现场总线控制系统,并给出了抗积分饱和无扰动切换的方案。经长期测试和实际运行表明,实际微分PID控制算法控制效果较好。

正反馈数字PID在气体压力控制中的应用

研究分析数字ＰＩＤ控制器在过程控制应中经常出现的积分饱和现象及其相应解决办法。通过深入分析引起积分饱和现象产生的根本原因,及其造成的后果,并结合实例,从数字ＰＩＤ控制器的组成结构着手,针对给出问题提出了在积分控制器中加入抑制因子的解决办法,并给出了一种通用的避免产生积分饱和的因子函数的具体形式。在积分控制器中加入抑制因子能较好的避免因系统状态信号的突变引起的积分饱和现象。

基于改进模糊PID的轮式机器人速度控制器设计

针对轮式机器人在行走过程中存在速度平衡超调较大与调节时间较长、速度平衡效果较差的问题,采用Matlab/Simulink与Carsim仿真软件建立轮式机器人四轮差速运动模型,对于无刷直流电机(BLDCM)系统,在原有模糊PID的基础上,结合抗积分饱和算法与变速积分算法,提出一种改进模糊PID控制的调速方法。仿真结果表明,通过抗积分饱和与变速积分算法改进后的模糊PID控制器与传统模糊PID控制器相比,在机器人速度平衡控制过程中,超调降低30%,调节时间降低33%,具有速度响应时间短、速度响应曲线波动小的优点。搭建了轮式机器人实验验证平台,实验结果表明,改进后的模糊PID控制调速方法的速度响应快,满足轮式机器人速度控制需求。所提设计可为轮式机器人速度稳定系统调试提供理论指导,并可应用于以速度调控为主导的控制系统。

一类输入有约束线性系统的数据驱动PID控制器设计

针对一类输入受限的线性系统,提出具有适应输入约束和抗积分饱和性能的数据驱动PID控制器改进设计方法。采用虚拟参考迭代整定法,应用递归最小二乘辨识算法在线计算PID参数。当输入有约束时,计算的控制器输出超过这个限制条件可能导致性能下降甚至出现稳定性问题,同时PID算法中的积分作用也可能出现饱和现象。改进的方法基于输入-输出观测数据和输入约束信息,在PID控制环节后串联一个类似抗积分饱和的环节,适应控制器输出过大需要限定的客观要求。通过控制器结构设计和仿真,演示了改进方法的有效性。

无刷直流电机模糊PID控制系统研究

无刷直流电机(BLDCM)选用传统的PID控制方法存在着调速精度低、转矩脉动大、抗干扰能力弱等缺点,模糊PID控制方法能够克服以上缺点。在电机的电流滞环控制模块中,转速调节部分包含电流限幅处理,因此会出现积分饱和,致使系统超调量大。模糊PID控制虽然能够一定程度减低超调量但不能消除。针对上述问题,设计了一种抗饱和模糊PID控制方案。从仿真结果可以得出该方法能够消除系统的超调,同时使系统保持较好的动、静态性能和鲁棒性。

基于声音定位的自动循迹小车的控制算法研究

智能小车自动循迹控制算法在应用中有着很重要的意义。该文通过一种PID控制算法使得小车能够按照声音的来源定位并最终按照预定的路线完成了自动循迹校正。并利用抗积分饱和PID控制达到了较好的效果。

一种直流力矩电机EGR位置闭环控制算法

为了满足直流力矩电机废气再循环(EGR)对于位置控制响应快、超调量小、稳态精度高的要求,在分析经典比例积分微分(PID)控制算法的基础上,根据直流力矩电机EGR结构,提出一种精确数学模型和抗积分饱和变结构PID混合的控制算法,采用该控制算法后,系统具有较高的动态响应特性,并且系统匹配标定工作量减少。通过仿真验证和发动机台架实验验证了该控制算法的有效性。

具有积分限制的单神经元PID控制算法

提出了一种抗积分饱和的变参数PID单神经元二次性能寻优算法.在PID结构简单的基础上,兼有神经元自适应修正能力和二次性能寻优的特点,当积分出现饱和时,通过控制逻辑自动抑制偏差的积分,从而提高了变参数PID算法的鲁棒适应性.以某双轴发动机喷口为被控对象,对模型参数以50%的变化进行了控制性能的仿真.结果表明:变参数PID单神经元二次性能寻优算法具有较强的鲁棒稳定性和鲁棒性能,动态过程的最大超调量被抑制在5%以内,动态调节时间仅为0.6s.所提出的性能寻优PID算法可以满足航空发动机的控制需求.