[发明专利]针对SISO及MIMO系统的有界性PID控制算法

说明书

本申请公开了一种针对SISO及MIMO系统的有界性PID控制算法，包括两个核心部分：单路或者多路带积分反馈的PID控制单元、和单输出或者多输出有界控制单元；并且单输出或者多输出有界控制单元将一个时变控制参数ksubgt;0/subgt;反馈到单路或者多路带积分反馈的PID控制单元中。本申请增强了闭环控制系统的稳定性与可靠性，且实现了PID控制算法最终输出的有界性需求；解决了SISO系统中控制器输出有界或者执行器有界的需求，并且同时解决了传统PID控制算法的积分饱和或者积分失控现象；进一步的解决了MIMO系统中控制器输出有界或者执行器有界的需求,同时解决了针对MIMO系统有界问题时传统PID控制算法的局限性。

技术领域

本发明属于控制与自动化领域，具体涉及一种针对SISO(单输入单输出)及MIMO(多输入多输出)系统的有界性PID控制算法。

背景技术

PID控制算法起源于20世纪20至30年代。PID即：Proportional(比例)、Integral(积分)、Differential(微分)的缩写。现今，PID控制算法是自动控制系统中非常广泛应用的一种控制算法，比如在机械系统、电气系统、液压系统、或者各种复合系统等工业控制系统中控制目标的调节，都可以使用PID控制算法。其具有结构简单、稳定性好、适用面广、工作可靠、调整方便等优点。

尽管PID控制算法有很多的优点及广泛的应用，该控制算法也存在一定的缺陷。比如，在绝大多数控制系统中，执行器或者执行机构都有着边界的要求，这与执行器的物理特性相关，或者被控对象的物理特性或者安全特性相关。一旦执行器有边界性要求，往往会造成PID控制算法的积分饱和(integral windup)或者积分失控现象。该现象的主要原因是，如果PID的输入误差有大幅度变化，积分器因为大幅度变化的误差的导致很大的累计量，并且执行器已经达到了控制边界，而无法及时响应PID控制器输出。该累计误差往往会造成PID无法对控制对象准确而可靠的控制，甚至会导致整个控制系统的不稳定。

尽管目前有一定方法来处理PID控制的饱和问题，比如抗饱和(Anti-windup)方法，智能积分管理，或者积分累计量上下限设计等等，但是这行方法在系统稳定性、复杂程度或者控制响应上都存在或多或少的缺陷。并且这些方法都不太适合于MIMO系统的PID控制算法。

发明内容

为解决现有PID算法中的技术不足，本发明提出一种针对SISO(单输入单输出)及MIMO(多输入多输出)系统有界性PID控制算法，用于避免传统的积分饱和或者积分失控现象。该有界性PID控制算法既可以应用于SISO系统，也可以拓展到MIMO系统。

针对SISO及MIMO系统的有界性PID控制算法，包括：单路或多路带积分反馈的PID控制单元和单输出或多输出有界控制单元；

其中，单路带积分反馈的PID控制单元和单输出有界控制单元针对SISO系统，多路带积分反馈的PID控制单元和多输出有界控制单元针对MIMO系统；

所述的针对SISO及MIMO系统的有界性PID控制算法，将单路或者多路参考信号与单路或者多路系统输出作差得到单路或者多路控制误差，然后将该控制误差输入到单路或者多路带积分反馈的PID控制单元；所述单路或者多路带积分反馈的PID控制单元的输出又与单输出或者多输出有界控制单元相连接；所述单输出或者多输出有界性控制单元的最终输出为所述有界性PID控制算法的最终输出；并且所述单输出或者多输出有界控制单元将一个时变控制参数k₀反馈到单路或者多路带积分反馈的PID控制单元中。