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PID控制器的性能评价对提高控制回路性能有着重要意义,随机性、确定性和鲁棒性是控制器最主要的三种性能。本文主要研究PID控制器确定性性能评价的方法。首先介绍随机性、确定性和鲁棒性在控制器性能评价中的意义及主要方法,并分别通过仿真说明性能指标的计算方法。在确定性性能评价方法中,本文主要研究最为常见的两种性能,抗负载扰动性能和设定值跟踪性能。为了评价PID抗负载扰动性能,本文采用基于直接综合法设计的PID控制器(DS-PID)作为性能基准控制器,根据DS-PID控制回路传递函数推导DS-PID控制器的性能指标的解析表达式,包括绝对误差积分(IAE)、时间与绝对误差乘积的积分(ITAE)、误差平方积分(ISE)、时间与绝对误差平方乘积的积分(USE),并研究各自的适用范围。为了评价PID控制器的设定值跟踪性,本文采用基于内模法设计的PID控制器(IMC-PID)作为基准控制器,根据闭环传递函数推导IMC-PID控制器的性能指标的解析表达式,并研究解析值的准确范围,在理论值无法预测处,采用数值拟合求出性能指标表达式。本文着重研究了在执行器饱和时对PID控制器设定值跟踪性能的评价方法。由于跟踪性能在很多情况下会受到执行器饱和的影响,为了准确评价在执行器饱和情形下PID控制器的阶跃信号跟踪性能,本文以IAE为性能指标,通过IMC设计PID控制器,当被控对象可近似为一阶带滞后(FOPDT)或二阶带滞后(FOPDT)的稳定系统时,通过分析闭环传递函数特征方程的数学性质,研究IMC-PID控制器的输出特性,建立控制器输出超调量与控制器参数的关系,讨论饱和条件下如何选择PID控制器参数使IAE值最小,归纳为4条结论,从而利用所求得的最优IAE值作为性能评价的基准。最后,提出饱和情形下PID控制器跟踪性能评价方法。通过对一阶和二阶系统仿真,证明忽略饱和情况设计的基准控制器会造成不准确的评价结果,并验证本文提出的IAE基准下限的准确性。