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1、第26卷第5期湖南大学学报(自然科学版)Vo1.26,No.51999年10月JournalofHunanUniversity(NaturalSciencesEdition)Oct.1999文章编号:1000-2472(1999)05-0056-06自整定鲁棒PID控制器1222彭楚武,钟庆昌,贾青,谢剑英(1.湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;2.上海交通大学自动化系,上海200030)摘要:深入分析了基于极点配置理论和鲁棒控制基本原理而提出的鲁棒PID控制器,导出了该控制器极点配置的约束条件,提出了一种基于对象
2、开环阶跃响应辨识对象参数的控制参数自动整定方法.就不同的对象(包括/T=20的对象)进行的仿真结果表明,该方法是相当有效的,具有广阔的应用前景.关键词:PID控制;自整定;鲁棒控制;极点配置中图分类号:TP13文献标识码:AAutomaticTuningofRobustPIDController1222PENGChu-wu,ZHONGQing-chang,JIAQing,XIEJian-ying(1.CollegeofElectrical&InformationEngineering,HunanUniv,Changsha41008
3、2,China;2.DeptofAutomation,ShanghaiJiaotongUniv,Shanghai200030,China;)Abstract:TherobustPIDcontroller,whichispresentedbasedonthepoleassignmenttheoryandthebasicproncipleofrobustcontrol,isanalyzedindetail.Theconstraintsofthedesiredclosed-looppolesandtheautomatictuningmet
4、hod,accordingtotheparameteridentificationbasedontheopen-loopstepresponse,arepresented.Severalplants,includinga/T=20'sone,aresimulatedtoprovetheeffectivenessandthebrightfutureofthemedthod.Keywords:PIDcontrol;auto-tuning;robustcontrol;poleassignmentPID控制器以其优越的性能在工业控制领域得
5、到了广泛的应用.日本大约有84%的[1]对象由PID控制器来控制.然而,PID控制器三个参数对系统性能的影响相互关联,虽[2]然有了Ziegler-Nichlos频率响应法,Cohen-Coon响应曲线法,基于积分平方准则ISE的整定法等方法可供参照,PID控制器的整定仍然是一件既费时又费力的工作.因此,PID控制器的自动整定自然地提到了议事日程.在这一领域之中,当推K.J.Astrom提出[3]的继电测试法最负盛名.这种自动整定方法利用继电反馈使系统建立起稳定的极限环,在线测量出对象的临界增益和临界频率,再按照Ziegler-Ni
6、chlos频率响应法或频域指标收稿日期:1998-07-08.作者简介:彭楚武(1949-),男,湖南长沙人,湖南大学教授第5期彭楚武等:自整定鲁棒PID控制器57来整定PID控制器.在本文中,对文献[4]提出的鲁棒PID控制器进行了深入的研究,导出了该控制器用于典型工业对象时,其极点配置的约束条件.通过测试对象的开环阶跃响应来辨识对象参数,在此基础上,提出了一种自动整定PID控制的方法.文中就具有不同/T的对象(包括/T=20的对象)和不同静态增益的对象进行了仿真,结果表明,该方法是相当有效的,具有很大的实用价值和广阔的应用
7、前景.1鲁棒PID控制器PID控制器的传递函数为1C(s)=Kp(1++Tds),(1)Tis在实际应用中,由于纯微分环节不能物理实现,几乎所有的PID控制系统都会附加一阶低通滤波器来实现近似的微分,实际PID控制器的传递函数为1TdsC(s)=Kp(1++),(2)TisTfs+1这里,一般取Tf=0.1Td.采用鲁棒控制器的目的是:使系统在控制对象建模误差和/或系统受到外部干扰D(s)的影响时,仍然能够保持稳定和较好的动态性能.对于典型的工业对象-sG(s)=Ke/(Ts+1),(3)K为对象的静态增益,为纯滞后时间,T为惯
8、性环节时间常数.文献[4]提出了一种基于极点配置的鲁棒PID控制器设计方法,其主要结果如下.给定期望的闭环极点s1,2=-±j,鲁棒PID控制器的参数为22-1Tf=(2+(+)/2),Ti=T+/2-Tf,(4)22K
