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1、第27卷第1期计其机与盛用化母Vol.27,No.l2010年l月28日ComPuterSandAPPliedCb咧St口Janu山甲,2010Pm控制器的性能监控与评估刘小艳,张泉灵,苏宏业(浙江大学工业控制技术国家重点实验室,浙江大学智能系统与控制研究所,浙江,杭州,31027)摘要:为了解决目前工业系统中普遍使用的PID控制器由于工况变化等原因引起的系统发生时变而导致所在回路PID控制器性能可能下降的问题,本文提出了一种专门针对PID控制器进行性能评估优化及监控的方法,即:PID循环评估优化算法该算法利用系统闭环输入输出数据,使
2、用基于Mvc侧一van~伪曲亡l)的PID最小方差准则,来对PID控制器的性能进行评估,并且计算出在最小方差意义下最优PID控制器参数;评估过程结果与现实系统输出方差进行比较,做为PID参数在线优化的判断依据,当现实系统性能低于某一标准的时候对控制器进行优化处理.在整个算法中,通过输入输出数据的处理与判断,利用评估优化后的PID参数对系统进行控制,并再次回到最初的输入输出数据的处理和判断过程,实现在控制过程中的系统性能监控本文的计算机仿真试验验证了该方法的有效性,由图可看出,系统发生渐变和突变后,当输出方差超过了程序限定的标准时,在130
3、秒内系统能自动评估并施行优化而达到稳定.该循环评估优化算法现实了在对系统进行性能评估监控的同时,能按照一定条件作为标准对系统的PID参数进行优化,最终使得系统具有自我监控评估和自我优化的能力,此方法能在特定的工况下进行应用关锐询:时变系统:PID:性能评估:在线优化中圈分类号:TP273文献标识码:A文t编号:101礴l州2010姆卜引一941引言osaiM和s阔i.c[l]给出了基于滑动窗技术的时变系统的性能评估方法.KOZUbl,,l从时间的角度论述了基于Mvc现代工业中,工业现场中90%的控制器仍然使用PID性能评估方法的工程应用
4、经验.控制算法1,这些控制器最初都是按照一定的性能要求来在工业应用中,实际生产过程对控制系统的精度有设计和整定的,但是随着时间的推移,大部分工业现场一定的要求,需要有控制系统性能评估技术对控制器的的工况等发生了变化,使得实际运行的控制器性能不能性能进行评估,由于实际系统均具有一定程度的时变性,够达到原设计要求,甚至出现故障[2]因此,急需一种能而时变性会影响控制系统的控制效果,有时甚至会破坏对控制器性能进行评估和监测的技术而最小方差控制系统的正常运行,而原来的PID最小方差准则对控制系是在1970年时,由Box,Jenkins[3]还有
5、^stromI41提出,统性能评估并不适合时变系统,也就是说时变系统的控直至1989年Harisl]发表了利用最小方差控制Mvc进制系统性能评估结果是不准确的本文针对时变系统,行回路性能评估后,控制系统性能评估领域开始形成,提出了PID循环评估优化算法:利用在线辨识技术对时并快速发展变控制系统进行性能评估,得到PID参数的优化值,当在理论上,199年Biaohuan扩1改进Mvc的控制系统性能评估算法,提出了FeoR(n一teringandcore一ation评估性能结果最优方差与输出方差相比小于85%时,对PID参数进行更新,使PID控
6、制能随着工况的变化而进助目ysis)算法,并提出关联矩阵的概念,将其推广到多回路系统中.Qint刀利用内模控制结构推导出了基于Mvc行改变(倒园m叨mvariancecontrol)基准的性能评估方法MvC2PID性能评估与监控原理墓准的评估方法还被扩展到反馈/前馈控制系统[8]非最小相位系统l9],以及变工作点系统的性能评估[10]K和Edgarl61提出了可以随即负荷扰动情况下进行D韶加句ugh和H州s[l],以及stanfelj[2]等提出了以最小PI控制器性能的评价的方法Byung一suK和Edg护!]方差与实际被控变量方
7、差之比作为有界性能指标,并且于2004年提出基于最小方差准则的单回路控制系统的通过方差分析和互相关分析技术,针对前馈一反馈控制系PID性能评估,基本原理如下:统进行性能由于实际过程都具有一定的时变性,Biao对于离散系统来说,如图l所示可以用以下的公式hUangl周构建了线性时变系统性能评估的一般框架随后,来表示收稿日期:2加9一10-17;修回日期:2仪)9一12一8若金项目:国家高技术研究发展计划863计划资助项目(207从042172)作者简介:刘小艳(1984to),女,硕士.联系人:张泉灵92计其机与盛用化李2010,27(l)
8、夕(t)=G(宁一,)叮一bu(r)+N(g一,)a(t)(l)达式可以表示为:其中G(q一,)q一∀是包括了时间延迟的过程模型,N(叮一,)是{!1干扰模型,而PID控制器的的传递函数如下:
