带大延时环节的PID控制器研究.PDFVIP

第1_卷第2ItjJ 东方电气评论 V01．13No．2 1999年6月 DONGFANGDIANQlPINGLUN Jun．1999 带大延时环节的PID控制器研究 江西省电力设计院杨志勇 陈 勇 摘要针对带大延时环节的系统，提出了一种新的PID调节器自整定算法。对千可以用延时二阶模型来拟舍的过程，使ll， 一种智能采样技术，站合阶跃下降法，实现了对实时过程的在线模拟。迁基于Smith预怙嚣．t．m了一个带延时补偿的PID 调节公式．同时．运用开环零点定位法来清击对象的开环掇点。为了便于说明上述同题，纳^了仿真内窖。 关键词PID太延时环节Smith预估器极点位置 性，就要采用一种在线整定技术来减少调节 1 前言 时间，也需要设计出对单调和非单调对象都 能适用的调节器。在获取动态特性方面，二阶 Astron和Hagglund先生曾提出了几种模型既能处理欠阻尼过程又能处理过阻尼过 用于PID控制器白整定过程的简单方法。调 程，因此具有较大的灵活性。采用二阶模型的 节过程的特殊输入信号通常是自动产生的， 另外一个好处是：如果采用极点一零点消除 法，那么可以很容易地从估计摸型转化为 其后，那些遵循Zeigler和Nichols公式的 PID参数直接由其响应值决定。虽然ZeiglerPID调节器的数学结构。 和Nichols调节公式非常有效，但如果调节 随着计算机处理技术的飞速发展，人们 系统带有大延时环节，控制器的性能就会迅 可以较真实地模拟过程的动态特性，不再采 速变差，在一些情况下还会不稳定。 用2～3点数据来近似，而用更多的采样数 据，以更好地模拟出过程动态特性。文中提出 Hagglund提出的带预估功能的PI控制器， 对带太延时环节的系统有好的效果。这种控 了一种以初始开环步测试为基础的调节方 制器采用Smith磺估器原理来消除或减少过案，结合延时状态变量过滤器，采用智能采样 程的延时时间。如果过程的延时环节能够被 技术，对系统输出响应值进行采集。状态变量 消除，那么象Zeigler和Nichols这样的常规过滤器的用处是去掉输出响应中的高频噪 调节规律就可以被采用，使调节性能得到进 声，提供输出值及输出值的一阶、高阶导数． 一步改善。而带预估功能的PI控制器只能用 用于模拟系统的动态特性。而智能采样技术 于那些已知延时时间、动态特性，且具有单调 则是用于减少数据存储空间，并将有用的信 输出的系统。如果不知道过程的动态特性，并 息挑选出来进行过程动态特性的模拟。如果 且输出不是单调的，系统就会消耗相当多的 不至漏掉系统的任何输出信息，那么，对过程 时间来拟合系统的动态特性，同时调节器的 的采样间隔就没有固定的要求。此外，为了进 性能也会降低。因此，为了保持优良的调节特 一步模拟过程的延时环节和动态特性，在数 睡回日期，1999—03—28 98 东方电气评论 第13卷 据采集过程中，宜采用阶跃下降法。数据采集 时，如果用结构式(3)代替常规PID调节就会 结束后，运用Smith预估器消除过程的延时消除过程的开环极点及闭环稳态误差。式中附 环节，即用一个类似于PID的极点控制器去 加一阶延时的目的是使得调节器易于实现，同 除被模拟开环对象的极点，并重新设置全系 时也可衰减高频噪声干扰和调节器误动作的 统的极点，使系统最终处于临界阻尼状态。这 影响，以保