基于给定的相角裕度和幅值裕度的PID参数自整定新方法.pdfVIP

维普资讯 第23奄 第2期 自 动 化 学 报 Vol23．No．2 I997年3月 ACTA AUTOMAFICA SINICA M arch，】997 16]～I] 基于给定的相角裕度和幅值裕度的 PID参数 自整定新方法 ¨ 噬 P3， (东北大学 自动化研究中心 沈阳 110006) 摘 要 给出一种新的基于给定相角裕度和幅值裕度的PID参数 自整定方法SPAM法．该 方法可独立整定PID调节器所有参数． 结果表明SPAM 法明显优于其它整定方法 关键词 旦垩皇堡 ，孳 ，P—ID—~]—SPA—M}~，继电控制 I 引言 大量工业调节器均具有PID结构．现在 已经有很多 PID参数整定方法．Ziegler— Nichols法 (简称z．N法)应用最广泛，但为测量I临界增益和临界周期，z—N法需要使系 统接近临界状态运行 这很易产生增幅振荡，并使系统毁坏．文献 [2]提出在闭环回路中加 入理想继电特性产生继电振荡来测量临界增益和I临界周期的方法避开 z—N法的缺点．文 献[3]提出zN·法的改进算法RZN法．RZN法不适于整定不稳定对象． 文献[4—6]以期望系统具有给定相角裕度为 目的，提出两种 PtD参数整定方法．由 于缺乏整定条件，这些方法不得不引入一个线性经验关系式，以致控制效果不令人满意． 基于给定相角裕度的整定方法不能保证整定后系统具有给定幅值裕度．利用幅值裕 度和相角裕度整定PID参数能使系统具有 良好的控制性能和鲁棒性能．文献 [7]提出一 个利用幅值裕度和相角裕度整定PID参数的整定方法．该方法不适于整定不稳定对象． 本文提出一个基于给定相角裕度和幅值裕度的PID参数 自整定新方法SPAM 法．该 方法利用较少的对象信息，可独立整定PID调节器所有参数．仿真实验表明，SPAM 法在 性能上明显优于其它整定方法． 2 SPAM 法整定原理 SPAM 法系统方框图如图1所示．滞环继电特性的负倒描述函数为 1 一 ： 一 Ⅳ(A) 4d …／ 一4荔，’ …(1) 一 1／N(A)是平行于负实轴的一条直线．在SPAM法中，滞环继电特性经过具有给定相角 1)本文研究得到国索 自然科学基金会优秀人才专项基金资助 收穑 日期：1995·06·22． ^ 维普资讯 自 动 化 学 报 23卷 圉1 SPAM 法 糸统方框图 裕，通过选择不同的e值和d值，可选择给定虚部的被控对象Nyquist曲线上点0．通过 期望的PID调节器参数 ，丁 和丁。的值，将 0点移至具有给定相角裕度 的点P．这 里，点0与点P的虚部相同．由系统开环频率特拄和图2(a)所示几何关系，可确定7’，和 丁。之间的一个关系式和 ．由于缺乏整定条件．多数整定方法一 ：不得不采用下述 丁 和 7 之间线性经验关系式以求得丁，和 丁。： 丁 三 丰 ·丁D， ’ 。 (2) 通常 取1．5 4．在SPAM 法中，由于引八幅值裕度 ，补足了整定条件，从而可独立整 定PID调节器参数． 为保证闭环系统具有给定的幅值裕度，系统Nyqu[st曲线上穿越频率 (( )一 一 180。)处幅值必为1／K．．在工程上，一般要求具有期望稳定裕度的系统在剪切频率 (幅值为1)处斜率为一20dB／十倍频．定义在