一种用于自动控制的比例积分微分控制器的设计方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于自动控制的比例积分微分控制器的设计方法，属于自动控制【技术领域】。本设计方法包括两个迭代的设计步骤，第一个步骤是定义各个采样点的控制效果及累积控制效果逼近函数的基函数向量，通过最小二乘方法计算累积控制效果逼近函数的参数向量；第二个步骤是根据累积控制效果逼近函数更新比例增益、积分增益和微分增益。本设计方法可以在被控对象的在线运行中进行，无需停机就可以进行控制器的参数设计；可以根据用户设定的控制效果评价函数，优化比例积分微分控制器的性能；本方法减少了比例积分微分控制器参数设计的难度和复杂度；对控制对象的工作点变化和模型变化具有自适应能力。
【专利说明】—种用于自动控制的比例积分微分控制器的设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于自动控制的比例积分微分控制器的设计方法，属于自动控制【技术领域】。
【背景技术】
[0002]用于自动控制的比例积分微分控制器(Proportional-1ntegral-DerivativeController，以下简称PID)是工程中最为常用的一类控制器。据不完全统计，90%以上的工业控制器是比例积分微分控制器。由于比例积分微分参数的物理意义非常明确，现场工程师通常凭借经验手动调试比例参数、积分参数和微分参数。但工程实际表明，手动调试的比例积分微分控制器性能有待进一步提高。因此，系统化、最优化的比例积分微分控制器参数设计方法成为控制理论与工程界研究的一个热点。
[0003]2010 年，K.Kim 等在 IEEE Transactions on Industrial Application (46 卷，1518 - 1524页)上发表Self-tuning of the PID controller for a digital excitationcontrol system 一文。该文提出两种设计比例积分微分控制器参数的方法，零极点对消方法和极点配置方法。具体地，零极点对消方法需要首先建立控制对象在频域的传递函数，之后设计比例积分微分控制器的参数，使得传递函数中出现能消除主导极点的零点，这样达到提高系统系统稳定性和响应速度的目标。极点配置方法也需要首先建立控制对象在频域的传递函数，之后设计比例积分微分控制器的参数，使得传递函数的极点可以在复平面按照用户的设计目标任意配置，达到提高系统系统稳定性和响应速度的目标。
[0004]上述的设计比例积分微分控制器参数的零极点对消方法和极点配置方法，都依赖于控制对象的数学模型，且缺少优化手段，无法获得最优的控制效果。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提出一种用于自动控制的比例积分微分控制器的设计方法，采用策略迭代(Policy Iteration)方法,通过评估当前比例积分微分控制器的控制效果,实现对比例积分微分控制器的不断更新，进而逼近最优的比例积分微分控制器。
[0006]本发明提出的用于自动控制的比例积分微分控制器的设计方法，包括以下步骤:
[0007](I)设比例积分微分控制器的控制对象为:
[0008]xk+1 = f (xk) +g (xk) Uk
[0009]其中，X为控制对象的状态，k为对控制对象状态的采样时间，Xk为控制对象在第k个采样点的状态向量，k = I, 2，3-, f (xk)为控制对象的当前时刻状态与下一时刻状态的
关系函数，g(xk)为控制对象的当前时刻控制与下一时刻状态的关系函数，Uk为比例积分微
分控制器的控制参数
【权利要求】
1.一种用于自动控制的比例积分微分控制器的设计方法，其特征在于该设计方法包括以下步骤: (1)设比例积分微分控制器的控制对象为: xk+l 一 f (Xk) +g (Xk) Uj5 其中，X为控制对象的状态，k为对控制对象状态的采样时间，Xk为控制对象在第k个采样点的状态向量，k = 1,2,3-, f(xk)为控制对象的当前时刻状态与下一时刻状态的关系函数，g(xk)为控制对象的当前时刻控制与下一时刻状态的关系函数，Uk为比例积分微分控制器的控制参数，
【文档编号】G05B11/42GK103809432SQ201410026093
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年1月20日 优先权日:2014年1月20日
【发明者】刘锋, 郭文涛, 刘璋玮, 梅生伟 申请人:清华大学