一种包含多种变量的pid控制方法

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一种包含多种变量的pid控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于控制方法技术领域，尤其涉及一种包含多种变量的PID控制方法。
【背景技术】
[0002]PID控制作为经典的控制策略之一，产生并发展于1915年?1940年期间。其算法简单，易于工程实现，并具有良好的鲁棒性和简易的操作性，在电力、化工、石油、冶金和机械等工业过程中得到了广泛地应用。对于单变量控制对象而言，其PID控制器的参数整定方法已趋于完善；然而，对于多变量控制对象而言，多变量控制系统的内部互联性使得多变量PID控制器的设计比单变量PID控制器的设计要复杂得多。一直以来，多变量PID控制器的设计是多变量控制系统设计领域的研究热点。目前，已有大量的相关文献。就自己检索到的相关文献而言，多变量的PID控制器的设计方法大致可以分为两类，第一类是基于解耦控制的设计方法；第二类是不需要解耦的直接设计方法。

【发明内容】

[0003]本发明就是针对上述问题，提供一种高效的的PID控制方法。
[0004]为实现上述目的，本发明包括以下步骤。
[0005](I)首先判断对象传递函数矩阵的逆G(S)是否具有行对角优势，若具有行对角优势，直接转到步骤(3)。
[0006](2)预补偿器实现G(S)具有行对角优势；对于对焦优势频率范围的问题，保证G(S)的行Gershgorin带在所选的频率范围内与实轴有交点。
[0007](3)计算G(S)的各对角元素行Gershgorin带所对应的极限增益K和极限频率ω。
[0008](4)设定寻优参数的范围；寻优参数的范围按如下方式来确定。
[0009]对于Tdi, Ti,选择Tdi>0, Ti>0的范围；对于xi,选择β < xi I ;对于yi,在零附近的范围内取值。
[0010](5)计算PID控制参数；确定好Tdi，Ti, xi, yi后，求解Ri，然后，判断Ri的有效性。
[0011]作为一种优选方案，本发明所述(2)预补偿器实现G(S)具有行对角优势；常熟补偿矩阵计算方法设置预补偿器；对于对焦优势频率范围的问题，保证G(S)的行Gershgorin带在所选的频率范围内与实轴有交点。
[0012](3)计算G(S)的各对角元素行Gershgorin带所对应的极限增益K和极限频率ω。
[0013]作为另一种优选方案，本发明所述(4)设定寻优参数的范围；寻优参数的范围按如下方式来确定。
[0014]对于了(1丨，11，选择了(1丨>0，11>0的范围；对于叉丨，选择3 ^ xi 10
[0015]-3 ^ β <-2的小范围；对于yi，在零附近的范围内取值；根据Kc.G (s)第i个对角元素的Gershgorin带的形状来确定设置点(xi, jyi)的移动方向。
[0016](5)计算PID控制参数；确定好Tdi，Ti, xi, yi后，求解Ri，然后，判断Ri的有效性；如果Ri在上述范围内，求解Ii ;在得到Ri，Ii后，计算PID控制参数。
[0017]本发明有益效果。
[0018]本发明多变量PID控制方法是逆Nyquist阵列控制方式，是一种可行有效的多变量PID控制方法。本发明控制简化，计算量小，计算过程简单。
【具体实施方式】
[0019]本发明包括以下步骤。
[0020](I)首先判断对象传递函数矩阵的逆G(S)是否具有行对角优势，若具有行对角优势，直接转到步骤(3)。
[0021](2)预补偿器实现G(S)具有行对角优势；对于对焦优势频率范围的问题，保证G(S)的行Gershgorin带在所选的频率范围内与实轴有交点。
[0022](3)计算G(S)的各对角元素行Gershgorin带所对应的极限增益K和极限频率ω。
[0023](4)设定寻优参数的范围；寻优参数的范围按如下方式来确定。
[0024]对于Tdi, Ti,选择Tdi>0, Ti>0的范围；对于xi,选择β < xi I ;对于yi,在零附近的范围内取值。
[0025](5)计算PID控制参数；确定好Tdi，Ti, xi, yi后，求解Ri，然后，判断Ri的有效性。
[0026]作为一种优选方案，本发明所述(2)预补偿器实现G(S)具有行对角优势；常熟补偿矩阵计算方法设置预补偿器；对于对焦优势频率范围的问题，保证G(S)的行Gershgorin带在所选的频率范围内与实轴有交点。
[0027](3)计算G(S)的各对角元素行Gershgorin带所对应的极限增益K和极限频率ω。
[0028]作为另一种优选方案，本发明所述(4)设定寻优参数的范围；寻优参数的范围按如下方式来确定。
[0029]对于了(1丨，11，选择了(1丨>0，11>0的范围；对于1丨，选择3彡xi彡-1，-3彡β彡-2的小范围；对于yi，在零附近的范围内取值；根据Kc.G(S)第i个对角元素的Gershgorin带的形状来确定设置点(xi，jyi)的移动方向。
[0030](5)计算PID控制参数；确定好Tdi，Ti, xi, yi后，求解Ri，然后，判断Ri的有效性；如果Ri在上述范围内，求解Ii ;在得到Ri，Ii后，计算PID控制参数。
[0031]在多变量的频域理论中，对角优势系统的奈奎斯特稳定判据是一个重要而且极具工程设计意义的定理。下面所要阐述的多变量PID控制器设计方法就是以基于逆奈奎斯特阵列稳定判据作为理论基础。这里需要指出，该设计方法是针对开环稳定系统而提出的。根据上述稳定判据，可知:对于开环稳定系统来说，如果系统的开环传递函数矩阵的逆具有对角优势，且其各对角元素对应的Gershgorin带的包络线与负实轴的交点都在(-1，jO)的左侧，那么该闭环系统必然稳定。
[0032]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。
【主权项】
1.一种包含多种变量的PID控制方法，其特征在于包括以下步骤: (1)首先判断对象传递函数矩阵的逆G(S)是否具有行对角优势，若具有行对角优势，直接转到步骤(3)； (2)预补偿器实现G(S)具有行对角优势；对于对焦优势频率范围的问题，保证G(S)的行Gershgorin带在所选的频率范围内与实轴有交点； (3)计算G(S)的各对角元素行Gershgorin带所对应的极限增益K和极限频率ω； (4)设定寻优参数的范围；寻优参数的范围按如下方式来确定；对于Tdi，Ti，选择Tdi>0，Ti>0的范围；对于xi，选择β ^ xi I ;对于yi，在零附近的范围内取值； (5)计算PID控制参数;确定好Tdi，Ti，xi，yi后，求解Ri，然后，判断Ri的有效性。2.根据权利要求1所述一种包含多种变量的PID控制方法，其特征在于所述(2)预补偿器实现G(S)具有行对角优势；常熟补偿矩阵计算方法设置预补偿器；对于对焦优势频率范围的问题，保证G(S)的行Gershgorin带在所选的频率范围内与实轴有交点； (3)计算G(S)的各对角元素行Gershgorin带所对应的极限增益K和极限频率ω。3.根据权利要求2所述一种包含多种变量的PID控制方法，其特征在于所述(4)设定寻优参数的范围；寻优参数的范围按如下方式来确定；对于Tdi，Ti，选择Tdi>0，Ti>0的范围；对于xi，选择β彡Xi彡-1， -3彡β彡-2的小范围；对于yi，在零附近的范围内取值；根据Kc.G(S)第i个对角元素的Gershgorin带的形状来确定设置点(xi, jyi)的移动方向； (5)计算PID控制参数；确定好1也，11，^，7丨后，求解虹，然后，判断虹的有效性；如果Ri在上述范围内，求解Ii ;在得到Ri，Ii后，计算PID控制参数。
【专利摘要】一种包含多种变量的PID控制方法属于控制方法技术领域，尤其涉及一种包含多种变量的PID控制方法。本发明提供一种高效的PID控制方法。本发明包括以下步骤。(1)首先判断对象传递函数矩阵的逆G(s)是否具有行对角优势，若具有行对角优势，直接转到步骤(3)；(2)预补偿器实现G(s)具有行对角优势；对于对焦优势频率范围的问题，保证G(s)的行Gershgorin带在所选的频率范围内与实轴有交点；(3)计算G(s)的各对角元素行Gershgorin带所对应的极限增益K和极限频率ω；(4)设定寻优参数的范围；寻优参数的范围按如下方式来确定。
【IPC分类】G05B11/42
【公开号】CN105652656
【申请号】
【发明人】许亚夫
【申请人】许亚夫
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2014年11月9日

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该技术已申请专利。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
技术研发人员：许亚夫;
技术所有人：许亚夫;
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