【摘 要】
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时滞系统广泛存在于温度变化过程、化学反应过程中,其特点是在时滞期间系统无有效输出,因而引起控制系统出现超调、振荡现象以及响应速度慢、控制精度低等问题。针对大时滞过程的控制难题,论文将自耦PID(auto-coupling PID,AC-PID)与Smith预估器结合,研究了一种不依赖于被控对象模型的大时滞系统控制模型,分别针对一阶与二阶大时滞系统,设计了速度因子的整定规则,实现了与被控对象精确模型
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时滞系统广泛存在于温度变化过程、化学反应过程中,其特点是在时滞期间系统无有效输出,因而引起控制系统出现超调、振荡现象以及响应速度慢、控制精度低等问题。针对大时滞过程的控制难题,论文将自耦PID(auto-coupling PID,AC-PID)与Smith预估器结合,研究了一种不依赖于被控对象模型的大时滞系统控制模型,分别针对一阶与二阶大时滞系统,设计了速度因子的整定规则,实现了与被控对象精确模型无关的先进控制方法,有效解决了 PID增益整定的难题。自耦PID沿用了几大经典控制方法“基于误差消除误差”的核心控制思想,借鉴了自抗扰控制的扩张状态的概念,将系统所有的未知复杂因素定义为总和扰动,进而将非线性不确定系统映射为线性不确定系统,在其结构上并联Smith预估器补偿实际输出,形成了一个在总和扰动反向激励下的无时滞动态误差系统,利用与受控对象精确模型无关的速度因子将误差比例、积分与微分三个环节紧密耦合,从而形成一个各环节功能不同但控制目标一致的协同控制系统,时域与复频域分析证明了闭环控制系统的全局鲁棒稳定性与良好的抗扰动鲁棒性。论文的特色和创新点如下:1)继承了 AC-PID的简单结构,在其控制器上并联Smith时滞预估补偿环节,采取提前补偿的方式控制大时滞系统,通过定义的总和扰动和预测补偿输出,将时滞系统控制问题转化为总和扰动反向激励下的无时滞动态误差系统控制问题;2)分别针对一阶与二阶大时滞系统设计了速度因子的整定规则。根据时间常数估计值或过渡过程时间估计值、时滞时间估计值整定速度因子,使得控制器模型及增益整定规则只与速度因子有关,不依赖于受控对象的精确模型,且无需进行参数在线优化和实时扰动估计,有效解决了 PID增益整定的难题。为了验证论文研究方法的有效性,选取一阶与二阶大时滞系统,分别使用自耦PID控制算法、PID与Smith预估器结合形成的复合算法、预测自抗扰控制算法(predictive active disturbance rejection control,PADRC)对其进行仿真实验。仿真实验结果表明,论文的控制方法在静差、超调、跟踪速度以及抗扰恢复速度方面的综合控制效果优于PID+Smith和PADRC,在大时滞系统控制领域具有广泛的应用前景。
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