PID 预测控制算法在大迟延系统中的应用

《PID 预测控制算法在大迟延系统中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第37卷第7期华电技术V01．37NO．72015年7月HuadianTechnologyJu1．2015PID预测控制算法在大迟延系统中的应用马平，赵倩(华北电力大学自动化系，河北保定071003)摘要：对于大迟延控制系统，传统的比例一积分一微分(PID)控制不能使其达到理想控制效果，而预测控制也存在结构复杂、参数多、在线计算量大、参数含义与实际系统的对应关系不明晰等缺点。综合PID控制与预测控制的优点，提出一种计算量小、易于工程实践且控制效果好的PID预测控制算法，将该算法应用于大迟延被控对象进行

2、仿真研究。研究结果表明，PID预测控制算法能有效地解决大迟延系统的控制问题，提高系统的控制品质。关键词：大迟延；PID控制；预测控制；鲁棒性中图分类号：TP273．2文献标志码：A文章编号：1674—1951(2015)07—0015—03脉冲响应g(￡)的拉氏变换形式，式中：K为比例系O引言数；为迟延时间常数；T为时间常数；s为复数；e为在工业生产系统中，随着生产规模的不断扩大，自然对数的底。由传递函数可以看出被控对象具有机组容量也在不断增大，使得绝大部分被控对象具大迟延的特性，对于大迟延被控对象的

3、控制采用有不同程度的迟延⋯。在解决系统控制问题时，传PID预测控制算法。统的比例一积分一微分(PID)控制方法以其原理简PID预测控制系统主要由预测器和控制器两部单、参数整定容易、鲁棒性强等优点一直被工程人员分组成，可以看作是对普通PID反馈控制的反馈环青睐J，但对于大迟延系统来说，用传统PID控制节增加了一个预测器。对于大迟延的被控对象，普方法得到的控制品质较差，不能满足工业需求。预通PID控制算法的控制效果必须经过迟延时间t之测控制在理论上具有预测系统在一定控制作用下的后才能够作用于被控对象并在系

4、统的输出中得到体行为、根据要求滚动求解最优控制作用、反馈修改预现，因此其控制作用对于大迟延对象总是具有t迟测模型的功能，能够有效解决大迟延系统的控制问滞，控制效果较差；而PID预测控制的思想正是要通题，并且在航空航天等领域取得了巨大成果，但过预测器预测t之后的状态，把被控对象在当前控预测控制的结构复杂、参数多、计算量大、参数含义制作用下未来将达到的状态提前准确地反映给控制与物理系统对应关系不明晰，在实际应用中工程人器，控制器根据预测器所预测的状态发出控制指令，员很难接受。为了克服上述方法的不足，需要找

5、到使控制器的控制作用经过迟延时间t正好作用于被一种既具有预测模型、滚动优化、反馈矫正的特控对象上，以实现系统输出，更好地跟踪设定值。该征，同时又操作简单、易被工程人员熟练掌握的方结构采取的反馈矫正能够在一定程度上补偿模型失法，即PID预测控制算法。配、不确定性扰动等未知情况。应用PID预测控制本文对PID预测控制算法和原始的PID控制算算法去控制大迟延被控对象，等效于用PID算法去法进行系统响应试验、扰动试验、被控对象模型变化控制一个没有迟延的简单易控对象，故能有效解决系试验，试验结果表明：与普通PI

6、D控制算法相比，统的迟延问题，控制效果较好且容易在工程上应用。PID预测控制算法可有效克服大迟延系统在控制中存在的上述困难，具有更好的动态性能，增强了系统的鲁棒性。1PID预测控制算法分析图1PID预测控制系统框图1．1PID预测控制算法原理综上所述，该算法从结构上看具有预测控制中PID预测控制系统框图如图1所示，该系统被预测模型反馈矫正两个特征，控制器采用PID控制，五，一一"控对象的传递函数为c(s)=，该传递函数是利用PID鲁棒性强的特点去替换预测控制的滚动优化求解最优控制作用，其结构简单、易于

7、工程实践、收稿日期：2015—03—17：修回日期：2015—06—23控制效果好。·16·华电技术第37卷1．2预测器的实现原理在PID预测控制中，预测器通过模仿现场操作人员的思想与行为来实现对系统未来状态的预测，即根据被控对象现在和以前的系统输出值和变化率进行简单的在线计算，推导出系统在迟延t之后的状态(即被控对象未来t之后输出值与设定值的偏差)，以利于控制器根据这些先验知识去调节大迟延被控对象，保证被控对象的输出能够很好地跟踪设定值。便方法计算系统未来的输出，大大减小了计算量，结图1中预测器的求

8、取原理为：把被控对象的输出看成在小区间内缓慢变化的曲线，用二次方程的形式表示系统的输出，随着时间的递进，二次方程的输出逼近变化的曲线。假设对系统t之后的状态做一个正确的估计，在求取系统的预测值之前，记为系统的当前时刻，为预测时间，k—L表示k时刻前时刻，k+表示k时刻后时刻，当前时刻的输出为Y(k)，产生这一输出结果的控制器输出表示为()=△(k)+(一￡)，根据已知的输出Y(k)和输出变化率()对未来k+时刻的输出和输出变化率进行预测，记预测值为多(+