[发明专利]一种基于频域的高阶系统模型降阶及PID控制方法

说明书

本发明公开了一种基于频域的高阶系统模型降阶及PID控制方法，首先通过降阶模型将原始高阶过程降阶为二阶纯迟延过程，然后基于该二阶纯迟延过程设计PID控制器。本发明有效提高了闭环控制效果。

技术领域

本发明涉及高阶过程降阶方法，特别是涉及一种基于频域的高阶系统模型降阶及PID控制方法。

背景技术

目前，在热能工程过程中常用的针对高阶过程进行PID整定的方法的控制效果都不太理想，但目前使用的针对低阶过程的PID整定方法的控制效果较为理想，因此如果可以将高阶过程恰当地降阶为低阶过程，再采用针对低阶过程的PID整定方法，则控制效果应该会有所提高。传统的高阶过程PID整定方法为工程整定法中的查表法和临界比例带法，方法步骤如下：

1.查表法：

1).根据的阶次n查表得到

2).根据的值，查表得到PID控制器的参数δ、T_i和T_d。

2.临界比例带法：

1).闭环过程特征方程为1+G_C(s)G₀(s)＝0；

2).假设过程仅用比例调节器调节，则有

3).通过幅值和相角条件列方程组：解出Tω；

4).解出

5).根据期望的PID控制器类型查得公式，利用δ_u和T_u算出PID控制器的参数δ、T_i和T_d。

上述“工程整定法”是通过经验公式和表格得到PID控制器的参数，虽然应用简便，但方法过于粗糙，最终的闭环控制效果也不甚理想。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种能够提高闭环控制效果的基于频域的高阶系统模型降阶及PID控制方法。

技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的基于频域的高阶系统模型降阶及PID控制方法，首先通过降阶模型将原始高阶过程降阶为二阶纯迟延过程，其中，K为静态增益，T₁为降阶模型中惯性部分的一个时间常数，T₂为降阶模型中惯性部分的另一个时间常数，τ为纯延迟时间常数；然后基于该二阶纯迟延过程利用式(1)和 (2)设计PID控制器：

其中K_C为PID控制参数中的比例系数，T_d为PID控制参数中的微分系数，T_i为PID控制参数中的积分系数，G_PID(s)为PID控制器的传递函数。

进一步，所述T₁和T₂通过以下过程得到：

S1：将L作为参数，给定L的值；

S2：根据式(3)和(4)计算得到T₁(k)和T₂(k)；

其中，T₁(k)为第k次迭代时T₁的值，T₂(k)为第k次迭代时T₂的值，T为原始高阶过程的时间常数，T₂(k-1)为第k-1次迭代时的T₂值，n为原始高阶过程的惯性阶次；