融合继电反馈和频率特性的PID控制器参数自整定方法

PID控制器参数自整定技术是目前伺服驱动器行业普遍关注的关键技术。该技术的开发与应用,在很大程度上直接影响到伺服驱动器工业产品的易用和好用性,进而影响到产品的市场占有率、应用的效率和质量。以往的人工调整方法会耗费大量的时间。常规的自整定方法如临界比例带法等在调整过程中系统又有失控的风险,所以人们一直致力于研究和开发出性能更加优异的且容易工程实现的自整定算法。针对这一问题,提出了一种新的基于继电器模型的PID控制器参数自整定算法的一点和两点公式,并针对典型的二阶目标系统在MATLAB上进行了计算机仿真,展示了期望的整定结果。和传统的方法不同,通过优化调节继电器参数测得目标系统的多点频率特性,且测量过程中等幅振荡维持在工作点的附近,没有失控风险。又通过多点频率特性组合计算,使参数整定结果稳定可靠。为证明有效性,进而探讨了与算法相关的工程实现问题。最后展示了算法在工业机器人关节伺服系统上的应用结果。这个结果与实际人工精调结果非常接近,表明该算法是有效的。可用于各类伺服电机驱动器系统PID参数的快速整定,提高伺服电机作业系统的调试效率和易用性。

基于移位继电反馈的模型辨识与控制研究

针对传统继电反馈模型辨识精度较低的问题,介绍了一种新型的移位继电反馈方法,并根据辨识结果设计了基于模型的预测PI控制器。移位继电法采用带滞环的偏置继电器,能够从单次继电反馈测试实验得到模型的三个频率响应点,移位继电法不需要任何模型先验知识,并且辨识精度较高。预测PI控制对于时滞环节具有良好的控制性能,根据移位法与ATV法的辨识结果分别设计了预测PI控制器进行仿真比较,仿真结果验证了移位继电法的实用性。

基于继电反馈的预测PI算法在反应釜中的应用

反应釜内的温度变化具有大滞后、时变、非线性等特点,且内在机理复杂,难以确立精确模型.其工艺要求较高,常规的PID算法对反应釜系统控制品质较差,难以满足工艺需求.为了解决该问题,提出了基于继电反馈的预测PI控制算法.该方法利用单次非对称周期继电器反馈测试,推导出在过程响应中相应极限环的精确表达式,再根据极限环中可测数据获得被控对象的参数,并对获得的被控对象采用预测PI算法进行控制研究.仿真结果表明:该方法易整定,响应速度快,具有良好的鲁棒性和抗干扰能力.

基于组合继电反馈的永磁同步直线电机推力波动辨识方法

在永磁同步直线电机中,由齿槽效应和端部效应引起的推力波动是制约其动态性能的重要因素。提出一种基于组合继电反馈的推力波动辨识方法,且利用辨识结果实现推力波动的补偿。针对某直驱进给实验平台,首先建立其动力学模型,设计基于理想继电环节和含有死区的迟滞继电环节相结合的信号激励源;其次利用描述函数对各非线性环节进行谐波线性化进而获取各环节的双输入描述函数,再根据非线性系统极限环存在条件确定系统待辨识参数的解析表达式;最后,通过仿真和实验验证了该方法的可行性和准确性。实验表明当直驱进给系统匀速运动时,含有推力波动补偿时伺服系统的推力电流波动比补偿前降低了46.3%,其跟踪误差的方均根由34.1μm降至19.3μm。

基于继电反馈自整定PID控制器研究及应用

研究控制器优化问题,提出了一种改进型的继电反馈自整定PID,用来控制自衡过程。改进型的继电环节是由一个标准的继电环节串联一个比例积分控制器组成,比例积分控制器的比例系数设定为单位增益,积分时间由保持最小相角裕度为π/6来确定。自整定PID控制器的参数是根据改进型的继电环节产生的极限环的输出数据确定的,微分时间常数需保持上述提到的相角裕度,积分时间常数等于改进型继电环节中的比例积分控制器的积分时间,进行仿真。结果PID控制器可用到造纸机的热泵供汽控制中,并收到了明显效果。

基于继电反馈的辨识的研究

详细论述继电反馈技术在模型辨识中的应用,阐述各种继电反馈辨识方法的原理与优缺点。在此基础上,分析继电反馈辨识技术今后可能的发展方向。

调节性能最优的继电反馈PID整定公式

针对实际控制系统中恒值控制系统较多的情况,以调节性能最优为目标,利用计算机辅助分析工具和数据拟合软件,建立了继电反馈自整定所使用的PID参数整定公式。同时,针对2类常用过程模型的仿真试验,设计了一种新的整定公式并拟合得到4套整定公式,且分别用4个算例验证了4套整定公式的有效性。将新整定公式与已提出的2种整定公式进行比较,结果证明了新公式的优越性。

基于偏置继电反馈的一种新的频域辨识方法

提出一种新的基于偏置继电反馈的频域辨识算法,能够对包括迟延在内的SISO系统的传递函数参数进行在线辨识。首先利用偏置继电反馈辨识过程的频率响应,一次继电测试可以辨识过程Nyquist曲线上的多点。接着利用最小二乘法估计过程传递函数参数的初值,最后应用非线性共轭梯度法准确的辨识传递函数参数。该方法辨识精度高,同时可以有效避免大多继电反馈辨识方法测试时间过长及只能辨识固定的低阶模型的缺点。仿真结果验证了算法的有效性与准确性。

基于迭代继电反馈的多变量PID控制器自整定

PID控制是工业过程中最常用的控制方法,但在实际生产过程中,被控过程往往是多变量、有耦合的,常规PID控制器参数往往整定不良、性能欠佳,对运行工况的适应性较差。为此,将迭代反馈理论和继电整定方法有机结合起来,提出一种适用于存在耦合的多变量系统PID控制器的参数整定方法。运用该方法整定PID参数,不需要被控对象的数学模型,而且具有速度快、效果好等优点。

基于继电反馈及模型参数的串级控制器设计

针对带有纯滞后的串级控制系统的缺点,提出了一种基于模型参数的继电反馈自整定方法.根据阻尼特性将被控对象分为两组,通过继电反馈实验得到PID参数整定的临界周期和临界增益,通过仿真实验对提出的方法进行了验证.仿真结果表明,在串级控制中基于模型的继电反馈方法比Z-N法具有较好的控制效果.

基于继电反馈的PID自整定控制技术进展

常规的PID参数整定都是由人工完成的,因而存在着人工整定自身所不能克服的缺点,基于继电反馈的PID参数自整定技术有效地克服了人工整定的缺陷.在对继电反馈自整定技术阐述的基础上,指出了今后的发展趋势和研究方向.

一类MIMO继电反馈系统极限环的全局稳定性(英文)

研究了分散继电反馈系统极限环的全局稳定性问题。主要思想是将所研究的极限环的全局稳定性问题转化为不确定离散系统的渐近稳定性问题。并给出了判定稳定性的充分条件。结果表明,在某些约束条件下,所有系统轨迹最终进入并停留在某一特定区域,而且趋于极限环。数值例子仿真验证了提出的方法的有效性。

火电厂主气温系统的继电反馈多模型控制

针对火电厂变负荷机组主汽温系统时变和非线性的特点,提出了基于继电反馈的多模型控制算法;首先利用继电反馈的方法,对若干典型工况点建立的固定模型设计子控制器;在运行过程中,利用多模型控制根据系统工况的变化选择相应的控制器以保证系统的控制性能;仿真结果表明应用该方法建立的控制系统具有良好的控制品质和较强的自适应能力。

继电反馈辨识算法研究及其软件实现

主要针对继电反馈的传统方法和带有不对称滞环方法进行分析比较,通过理论分析和MATLAB仿真,得出两种算法的优缺点。进而将这两种算法应用于PIDTune辨识软件,然后通过对罗克韦尔仿真软件的仿真实验和对实际数据的辨识结果,得出两种算法在实际应用中能更有效地进行系统辨识。

用于继电反馈自整定的PID参数整定公式

针对原始继电反馈自整定方法使用ZN经验公式而致使响应曲线超调量大和振荡多等问题,提出了一种建立继电反馈自整定用的PID参数整定公式的方法。这种方法基于IAE指标最小化的参数优化技术和数据拟合技术。用一个算例演示了用新方法导出的整定公式的有效性,并通过与用ZN整定公式和用基于幅值裕度和相位裕度的整定公式的同一算例比较,说明了新公式的优越性。

继电反馈多模型控制及应用

作为简单、鲁棒的设计方法,基于继电反馈的PID控制器已广泛应用于工业过程控制。它可以由继电反馈引起的振荡近似估计过程临界信息进行控制器的设计。多模型控制是解决系统时变、非线性、参数不确定性等复杂问题得一种有效方法。该文将继电反馈控制与多模型控制相结合,对时变、非线性的电厂主汽温系统过进行控制。首先在各个工况点应用继电反馈方法设计子控制器。然后在系统整个运行区间进行多模型自适应控制以克服非线性、时变对系统的影响。仿真表明本方法所建立的控制系统具有良好的控制品质及较强的自适应能力。

温度控制继电反馈参数自整定技术研究

通过观测锅炉动态水温度对象在继电反馈下的极限环振荡,对PID参数自整定技术进行了研究。针对对象具有大惯性、大滞后和非线性的特点,在设置继电输出中心点和大幅值继电输出的前提下,采用带滞环的继电反馈振荡方法,研究了对象起振、正弦振荡曲线的在线辨识、非对称正弦振荡曲线处理、PID算法设计和参数整定等具体技术。采用PID+PWM算法进行参数自整定温度控制,实现超调量≤0.50 K、稳态误差≤0.12 K。

流量控制继电反馈参数自整定研究

根据继电反馈理论,通过观测管道流量对象在继电反馈下的极限环振荡,进行比例积分微分(PID)算法和参数自整定技术研究。采用阶跃响应法测试对象的数学模型。管道流量是一阶非线性小惯性过程对象,时间常数小,增益变化大。由于对象的非线性,在不同的流量设定值下,控制参数鲁棒性较差,所以继电反馈振荡应在工艺点附近进行。对单极性PID调节器,通过设置继电输出中心点的方法进行继电输出,而中心点的选择应能使对象工作在工艺点附近。由于对象惯性小、易起振,所以继电输出也应较小,继电幅值d选取5%~10%。对振荡曲线在线辨识,用变量参数归一化的方法计算继电振荡时的临界增益,再根据Ziegler-Nichols公式自动计算PID控制器参数。控制过程超调量小于10%,稳态误差小于1%。通过对试验结果的分析比较可知,带滞环继电反馈参数整定方法和微分先行PID算法适用于流量控制。采用微分先行,可以防止设定值阶跃时对流量小惯性对象的冲击而产生振荡。

基于继电反馈的PID参数自整定

针对PID参数难以整定的不足,提出一种基于继电反馈的PID自整定方法。该方法利用继电反馈原理对PID参数进行自整定,从而提高了参数整定的灵活性。给出了基于任意相位裕度的PID参数自整定公式,并进行了仿真实验验证。

Buck电路PID参数继电反馈自整定仿真分析

基于MATLAB平台,以Buck型电路为对象,在MATLAB/Simulink中先搭建数学模型,采用改进型继电反馈技术,通过激励电源系统产生极限环振荡,测出原系统参数,根据经验公式,确定补偿电路,最后分析闭环控制系统性能指标.通过与原始Z-N法和适度超调法仿真对比,建立的改进型仿真电路可以实现对Buck型开关电路的PID补偿参数自动整定,达到了较好的设计要求.