预期动态法在四水箱液位控制中的应用

针对实际生产中常见的双输入双输出过程,基于单位反馈闭环控制结构,根据前馈补偿的思想设计全解耦控制器矩阵,结合二自由度PID/PI预期动态法(DDE)鲁棒性强的特性,设计PID/PI解耦控制方案。同时,对于实际中常见的加性和乘性不确定性干扰,分析了控制系统保证鲁棒稳定性的充要条件,给出了基于谱半径判据的判定方法。本文借助英国Feedback 33-040s Coupled Tanks四水箱实验装置,对四水箱液位实时控制设计PI解耦控制器方案。实验结果表明:该方案能够使系统各路输出响应之间实现有效解耦,可对水箱液位进行有效控制,显著地提高了多变量关联系统的控制性能。

分数阶系统的二自由度PID预期动态整定法

采用实际模型简单控制的策略,针对分数阶系统提出一种基于预期动态方程的二自由度PID整定方案(DDE)。通过选取预期动态方程系数,将控制器参数与系统控制要求建立联系,确定各个参数的取值规则。8个分数阶模型的控制仿真结果表明,用DDE法整定的整数阶二自由度PID控制器可以使系统满足预期动态,并且该控制器具有与分数阶PID相当或较其更好的控制效果。

基于萤火虫算法的DDE-PID加热炉炉温控制

针对加热炉炉温控制的目标多变、干扰因素多等问题,提出基于萤火虫算法(firefly algorithm)优化预期动态(desired dynamic equation,DDE)二自由度PID控制策略。将非线性鲁棒控制器(Tornambe Controller)中的不确定因素和外部干扰项利用观测器近似替换,运用预期动态法构建动态特性方程,推导出带有预期动态特性方程系数和观测器参数的二自由度PID等价形式。在判定系统稳定性后确定待优化参数选值范围,进而通过萤火虫优化算法选取最优参数。研究结果表明:与常规PID和二自由度PID控制相比,模型适配时所提出的控制策略使调节时间最多减少38 s,超调量最多降低15%,系统抗干扰性良好。使用所提策略后,炉温控制偏差小于±20℃,炉温波动降低60%,系统稳定性和抗干扰能力明显提高。

一类不稳定系统的PID控制器整定

借助系统辨识的思想,改进了基于预期动态法的二自由度PID控制器(DDE-PID)的参数整定过程,并将其应用到不稳定系统上。采用先PD稳定对象,然后根据PD稳定后的控制对象的开环阶跃响应曲线即可得到所需参数,该方案具有参数整定过程简洁、实用性强、不依赖于精确模型等优点。针对改进前后的DDE-PID控制方案,选取4个典型的不稳定对象,分别与设定值跟踪实验和蒙特卡洛实验做了对比。仿真结果表明,本文所提方法对不稳定对象简单易用,在保证较好的控制性能的条件下,具有较好的鲁棒性,同时该方法可以根据需要方便地进行参数调整,实用性强。