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Design of discrete time adaptive PID control systems with parallel feedforward compensator
Ikuro Mizumoto , Daisuke Ikeda, Tadashi Hirahata,Zenta Iwai
1. 简介
PID控制是最常见的控制方案之一,并已应用于许多工业生产过程和机械系统。然而,由于大多数的PID参数整定在线下完成,如果有系统属性的一些变化,就难以维持所需的控制运行期间的稳定。因此,一般控制方案的难点都集中在自动或自我调整的PID控制器(Astrom&赫格伦,1995)。此外,有这么一个事实:控制若干种自动调整包括自我的PID调整计划和自适应控制策略,近几十年来,在产品质量,准确性和降低生产成本的提高非常重要的作用,已逐渐凸显。不幸的是,大多数PID自动整定方法没有给予足够的注意。由此产生的PID控制系统的稳定性和调整PID参数并不能保证以后的任何系统的更改控制系统的稳定性。最近,自动调节和一种自适应PID控制策略上几乎严格正实(ASPR为基础)的控制系统已被提出。线性连续时间系统。这些自适应PID对系统ASPR产权为基础的计划,可以保证所产生的PID控制系统的渐近稳定性。本文的PID的一种等效离散时间SISO系统将处理控制系统的设计。由于许多过程采样数据系统,并考虑到发达国家的控制策略的实际执行,是非常重要的,而得出一个离散时间系统控制器的设计方法。利用该方法对ASPR特性的控制系统岬,因此所产生的自适应控制系统的稳定性可以得到保证肯定。但是,由于最实用的系统不符合条件的ASPR砂ASPR离散时间系统必须有直接馈通的输入项,即离散ASPR系统必须具有零相对程度,困难,例如因果关系的问题,不出现在一个连续时间系统,将出现在控制器的设计。首先,强大的并行前馈补偿器(PFC)的设计方法,该方法使结果与并行ASPR PFC的增强系统,将离散时间系统所提供的。一种新的自适应PID的设计方案将拟议ASPR没有因果关系的问题,增强制度考虑等效PID控制器。拟议的自适应PID控制器能够保证控制系统的稳定性,并通过调整自适应PID参数的方法维护一个更好的控制性能,即使有系统的性质有所改变。为了确认是否有用的建议自适应PID现实世界的各种设计方案的有效性,该方法应用到典型的试点三级水箱SISO系统的液位实验控制。
2. ASPR
让我们看看下面的n阶单输入单输出离散时间系统:
(1)
这里,是一个向量,分别是输入输出。
系统1的ASPR-ness(严格正实)定义如下:
定义1 (Bar-Kana,1989)如果系统(1)中存在一个静态输出反馈,这样产生的闭环系统的严格正实(SPR),那么系统(1)被称作ASPR。即,存在反馈增益控制输入。
(2)
这样,便得到了的闭环系统:
(3)
用SPR
(4)
一个系统的充分条件ASPR给出如下(Mizumoto,Chen,Ohdaira,Kumon,Iwai,2007):
(1) 该系统的相对阶为0。
(2)该系统是最小相位。
(3)d0。
接下来,让我们定义的强ASPR,对系统起着一个输出反馈设计的,非常重要的角色自适应控制系统。
定义2 (Mizumoto et al,2007). 该系统(1)被称为强ASPR如果存在一个静态输出反馈(2),使得闭环系统(3)SPR,并且,有一转变闭环系统作为输入,
(5)
是SPR。
备注 1。 对于SISO系统,在条件使得d 0,ASPR系统相当于强ASPR(Mizumoto et al.,2007)。
假设干扰w(k)和参考信号使?该系统的输出必须遵循的生成,由以下已知的外系统:
(7)
与特征多项式。
(8)
在这个文件的目的是设计一个自适应PID
?控制器,从而使我们的输出有y(k)跟踪参考信号。
3.1. 转换器
对于具备条件的克相对学位制度(6),存在阿尼翁奇异变量变换:
(9)
例如,该系统(6)可分为形式转变(Isidori,1995):
(10)
(11)
(12)
这里
(13)
3.2 错误系统内部筛选模型
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