一種基于pid的轉(zhuǎn)速控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于工程控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于PID轉(zhuǎn)速控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]應(yīng)急動(dòng)力裝置在高轉(zhuǎn)速狀態(tài)下工作，一般轉(zhuǎn)速都在70，000RPM左右。工作在如此高的轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，會(huì)對(duì)應(yīng)急動(dòng)力裝置某些部件產(chǎn)生較大的離心力，并且離心力的大小隨著轉(zhuǎn)速的平方值的增大而增大。因此，為了避免發(fā)生災(zāi)難性的故障，應(yīng)急動(dòng)力裝置的轉(zhuǎn)速值應(yīng)該被控制在一定的范圍內(nèi)，由于應(yīng)急動(dòng)力裝置工作范圍廣(地面到1km高空)，裝置的動(dòng)力源壓力從0.3MPa到0.8MPa，這使得采用常規(guī)的PID方法很難做到使應(yīng)急動(dòng)力裝置轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。
[0003]在實(shí)際工程應(yīng)用中，被控對(duì)象的特征參數(shù)總是伴隨著被控對(duì)象自身特性的衰退、使用環(huán)境的不同而在一定的范圍內(nèi)變化。目前常規(guī)PID控制方法，在被控制對(duì)象在工作環(huán)境和自身特性發(fā)生變化時(shí)存在動(dòng)態(tài)響應(yīng)差、易引起超調(diào)以及調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。
[0004]面對(duì)這種時(shí)變系統(tǒng)，在處理類似控制問(wèn)題時(shí)，也有采用分段PID方法或者自適應(yīng)PID方法。完成這些先進(jìn)控制方法往往需要進(jìn)行大量的探索試驗(yàn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)并歸納出所控制對(duì)象特征參數(shù)的變化規(guī)律，最終建立多為特征參數(shù)對(duì)應(yīng)表。這使得方法開(kāi)發(fā)周期變長(zhǎng)、方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜度提高、方法開(kāi)發(fā)費(fèi)用昂貴。
[0005]常規(guī)的位置式PID算法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算精度比較高，缺點(diǎn)是每次都要對(duì)e (k)進(jìn)行累加，很容易出現(xiàn)積分飽和的情況，由于位置式PI調(diào)節(jié)器直接控制的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，積分一旦飽和就會(huì)引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的大幅度變化，造成控制對(duì)象的不穩(wěn)定。其計(jì)算如式I所示:
[0006]u (k) = Kp*e (k)+Ki*T* Σ e (i)+Kd* (e (k) _e(k_l))/T (I)
[0007]式中:
[0008]u代表輸出；
[0009]e代表輸入的誤差；
[0010]Kp代表比例系數(shù)；
[0011]Ki代表積分系數(shù)；
[0012]Kd代表微分系數(shù)；
[0013]T代表米樣周期。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明提出了一種針對(duì)控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)誤差、飽和現(xiàn)象以及調(diào)節(jié)特性特征參數(shù)的強(qiáng)魯棒性控制方法，從而在一定范圍內(nèi)解決了控制對(duì)象時(shí)變性對(duì)控制方法帶來(lái)的嚴(yán)重影響。
[0015]在系統(tǒng)控制中“飽和現(xiàn)象”是一種常見(jiàn)的現(xiàn)象，飽和現(xiàn)象是指系統(tǒng)的輸出與系統(tǒng)的輸入運(yùn)動(dòng)不一致的現(xiàn)象。對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行限幅是解決“飽和現(xiàn)象”的一種行之有效的方法。輸入信號(hào)限幅往往存在限幅門限難以確定的困難，然而合理的限幅門限是決定抗“飽和現(xiàn)象”的主要影響因素。為此，本發(fā)明基于對(duì)象物理特性進(jìn)行預(yù)先積分實(shí)現(xiàn)在線限幅。
[0016]在系統(tǒng)控制中超調(diào)量(或者動(dòng)態(tài)誤差)和調(diào)節(jié)時(shí)間往往是評(píng)價(jià)系統(tǒng)好壞的關(guān)鍵指標(biāo)，為此，本發(fā)明還同時(shí)進(jìn)行基于快速跟蹤性的變速積分。
[0017]基于以上考慮，本發(fā)明進(jìn)而研宄提出以下解決方案:
[0018]一種基于PID的轉(zhuǎn)速控制方法，在常規(guī)的位置式PID控制方法的基礎(chǔ)上，基于對(duì)象物理特性進(jìn)行預(yù)先積分門限計(jì)算作在線限幅，同時(shí)進(jìn)行快速跟蹤性的變速積分。
[0019]具體控制原理如下:
[0020]u (k) = Kp*e (k)+Ki*T* Σ h*e (i)+Kd* (e (k) _e(k_l))/T
[0021]e (k) = r (k) - y (k)
[0022]其中，h的取值分為以下三種情況:
[0023]h = β y>r+ a &&y (k) - y (k~l) >0
[0024]h = 0 output〉= max&&y (k) - y (k~l) >0
[0025]h = I else ；
[0026]式中:
[0027]u代表輸出；
[0028]e代表輸入的誤差；
[0029]r代表系統(tǒng)的期望值；
[0030]y代表系統(tǒng)的實(shí)際輸出值；
[0031]α是與被控對(duì)象相關(guān)的門限值；
[0032]β表示變速積分的積分速度；
[0033]output代表系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出位置；
[0034]max代表期望的執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出位置的最大值；
[0035]Kp代表比例系數(shù)；
[0036]Ki代表積分系數(shù)；
[0037]Kd代表微分系數(shù)；
[0038]T代表米樣周期。
[0039]上述基于PID的轉(zhuǎn)速控制方法，具體包括如下過(guò)程:
[0040]I)計(jì)算禍輪轉(zhuǎn)速的偏差，e = y - r ；
[0041]2)計(jì)算比例輸出，P = kp*e ；
[0042]3)判斷轉(zhuǎn)速是否超過(guò)穩(wěn)態(tài)期望值加α %且對(duì)象控制量變化量是否大于0，即y (k) - y (k~l)>0&&y>r+ α ；
[0043]4)如果步驟3)條件為真，則積分步長(zhǎng)h = Ml ;
[0044]5)如果步驟3)條件為假，則積分步長(zhǎng)h = M2 ;
[0045]若物理對(duì)象的控制量與被控量具有正相關(guān)性，則Ml > M2 ;若物理對(duì)象的控制量與被控量具有負(fù)相關(guān)性，則Ml < M2 ;
[0046]6)判斷執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否達(dá)到極限位置；
[0047]7)如果步驟6)條件為假，直接到第11)步；
[0048]8)如果步驟6)條件為真，判斷被控對(duì)象輸出量變化量是否大于0，即y(k)-y(k-l)>0 ；
[0049]9)如果步驟8)條件為真，則積分步長(zhǎng)h = M3 ;
[0050]10)如果步驟8)條件為假，直接到第11)步；
[0051]11)計(jì)算積分，sum = sum+h*e ；
[0052]12)PID 計(jì)算，Output = P+ki*sum。
[0053]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0054]本發(fā)明通過(guò)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的在線限幅以解決傳統(tǒng)積分限幅過(guò)大的缺陷，同時(shí)通過(guò)變積分方法解決傳統(tǒng)PID方法在系統(tǒng)超調(diào)后調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)的缺陷。本發(fā)明具有運(yùn)算量小、穩(wěn)定性好、且控制精度高的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0055]圖1基于對(duì)象物理特性的預(yù)先積分在線限幅技術(shù)與常規(guī)PID轉(zhuǎn)速對(duì)比圖。
[0056]圖2基于對(duì)象物理特性的預(yù)先積分在線限幅技術(shù)與常規(guī)PID積分項(xiàng)對(duì)比圖。
[0057]圖3基于快速跟蹤性的變速積分技術(shù)與常規(guī)PID轉(zhuǎn)速對(duì)比圖。
[0058]圖4基于快速跟蹤性的變速積分技術(shù)與常規(guī)PID積分項(xiàng)對(duì)比圖。
[0059]圖5本發(fā)明計(jì)算方法與常規(guī)PID轉(zhuǎn)速對(duì)比圖。
[0060]圖6本發(fā)明計(jì)算方法與常規(guī)PID積分項(xiàng)對(duì)比圖。
[0061]圖7實(shí)例的控制系統(tǒng)方框圖。
[0062]圖8實(shí)例實(shí)施流程。
【具體實(shí)施方式】
[0063]本發(fā)明的具體原理如下:
[0064]u (k)