[发明专利]一种改进的无模型系统的PID控制器参数整定方法

说明书

本发明提供了一种改进的无模型系统的PID控制器参数整定方法，属于工业控制技术领域，该方法包括给定PID控制器的初步微分增益，并取PID控制器的初步比例增益的值；给定PID控制器的全局缩放系数和积分增益缩放系数，以确定无模型系统的PID控制器参数的值；初始运行阶跃输入信号的被控系统，并根据响应误差曲线以及系统预期的瞬态响应超调量、稳态误差和响应时间相应地调整PID控制器的积分增益缩放系数、初步微分增益和/或全局缩放参数，完成对PID控制器参数整定。本发明不但适用于已知/未知线性系统的PID控制器参数整定，而且适用于未知非线性系统的PID控制器参数整定。

技术领域

本发明属于工业控制技术领域，尤其涉及一种改进的无模型系统的PID控制器参数整定方法。

背景技术

对于机械系统而言，其动力学方程一般遵循牛顿运动定律，可以用二阶系统进行描述——例如无人机/无人车等控制系统。但被控对象的数学模型一般都经过了简化和线性化，与实际产品可能存在较大的差异。而且，还可能受到外界或者系统内部的未知的未建模干扰影响。在实际PID控制器参数整定和控制器设计中，有必要考虑因简化和线性化而缺失的未建模部分对控制系统的影响。同时，外界未知干扰对被控对象的影响也需要考虑。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种改进的无模型系统的PID控制器参数整定方法，以解决被控对象的数学模型不准确或存在较强非线性情况下的控制器参数整定问题。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种改进的无模型系统的PID控制器参数整定方法，包括以下步骤：

S1、给定PID控制器的初步微分增益并根据所述初步微分增益取PID控制器的初步比例增益的值，其中，

S2、给定PID控制器的全局缩放系数n_s和积分增益缩放系数n_i，其中，n_s≥1、

S3、根据所述初步微分增益初步比例增益积分增益缩放系数n_i以及全局缩放系数n_s，分别计算得到PID控制器的微分增益、比例增益和积分增益；

S4、基于所述PID控制器的微分增益、比例增益和积分增益初始运行被控系统，并查看被控系统的响应误差曲线；

S5、结合被控系统的响应误差曲线以及系统预期的瞬态响应超调量σ％、稳态误差e_s％和响应时间t_r，调整所述全局缩放参数、积分增益缩放参数、初步微分增益及初步比例增益；

S6、根据调整结果，判断响应误差曲线是否满足预设的条件，若是，则完成对PID控制器参数的整定，否则，返回步骤S3。

本发明的有益效果是：本发明提出了针对二阶系统采用PID控制器时的一种改进的参数整定方法，不但适用于已知/未知线性系统的PID控制器参数整定，而且适用于未知非线性系统的PID控制器参数整定。可以快速便捷地应对系统中未知的线性或者非线性建模部分在参数整定时的不确定性。

进一步地，所述步骤S1中取PID控制器的比例增益的表达式如下：

其中，表示PID控制器的初步比例增益，ξ为无量纲常数，其初始值可设为1，用于调整初步比例增益的值，表示PID控制器的初步微分增益。

再进一步地，所述步骤S2中PID控制器的微分增益、比例增益和积分增益的表达式如下：