系統(tǒng)辨識(shí)與自適應(yīng)控制第11章 自校正控制（二）ppt課件

1、第11章 自校正控制二11.1 極點(diǎn)配置自校正控制11.1.1 模型參數(shù)知時(shí)的極點(diǎn)配置算法設(shè)被控對(duì)象的普通模型為：控制律的普通方式為11.1.2 極點(diǎn)配置自校正器下面給出用參數(shù)估計(jì)方法解恒等式的極點(diǎn)配置自校正調(diào)理器的整個(gè)計(jì)算過程。獲得N0=max(nA,nB+m)個(gè)時(shí)辰的輸入、輸 出數(shù)據(jù)并濾波：產(chǎn)生偽隨機(jī)數(shù)ew(k)，存入ew數(shù)據(jù)區(qū)，并 按式(11.1.18)構(gòu)造向量 。用遞推最小二乘公式(11.1.19)和(11.1.20)估計(jì)調(diào)理器參數(shù)(11.1.17)。計(jì)算控制量u(k)及濾波值u(k)：分別填入u、u數(shù)據(jù)區(qū)，輸出u(k)。 下一個(gè)時(shí)辰到轉(zhuǎn)第步。11.2 自校正PID控制11.2.1 概

2、述常規(guī)延續(xù)PID控制的理想化方程為：數(shù)字PID控制的增量型算式：數(shù)字PID控制的脈沖函數(shù)為：11.2.2 極點(diǎn)配置自校正PID控制下面討論幾種極點(diǎn)配置自校正PID控制算法。(1) 一種基于閉環(huán)特征參數(shù)的極點(diǎn)配置自校正PID控制算法被控過程的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：反響控制律：規(guī)范增量式PID控制器使微分項(xiàng)和比例項(xiàng)只對(duì)輸出y有效的增量式PID控制器思索上一時(shí)辰控制增量u(k-1)的影響，使控制量更加平緩的增量式PID控制器當(dāng)被控對(duì)象模型未知時(shí)，經(jīng)過估計(jì)被控對(duì)象模型參數(shù)，即可獲得自校正極點(diǎn)配置PID控制器。其步驟為：(a)遞推估計(jì)被控過程模型參數(shù)(b)用 替代恒等式(11.2.14)中的A(q-1)和B(q

3、-1)，令恒等式(11.2.14)兩邊 q -1同次冪系數(shù)相等，解得(c)用 替代式(11.2.11) PID控制器中的,Kp,Ki和Kd，計(jì)算控制量并輸出；(d)前往(a)，繼續(xù)下一采樣周期，直到終了。(2)顯式極點(diǎn)配置自校正PID控制算法自順應(yīng)極點(diǎn)配置控制算法式是顯式的，由以下3步組成：(a)在線估計(jì)過程模型參數(shù)ai、bj；(b)由(11.2.17)、(11.2.18)式計(jì)算控制器參數(shù)；(c)由(11.2.6)式確定控制輸出。選擇多項(xiàng)式X(q-1)、S(q-1)和W(q-1)滿足如下設(shè)計(jì)要求：(a)閉環(huán)系統(tǒng)具有漸近伺服跟蹤和調(diào)理性能，即k時(shí)，(b)控制器具有離散PID控制器的構(gòu)造；(c)控

4、制器必需能處置未知或時(shí)變純時(shí)延。為了使控制律具有PID控制器的構(gòu)造，須作如下假設(shè)：(a)被控過程為二階系統(tǒng)加純延時(shí)環(huán)節(jié)構(gòu)成；(b)在靜態(tài)形狀下有：(c)W(q -1)為一階多項(xiàng)式：W(q -1)=1+w1q -1,思索到以上假設(shè)，方程式11.2.29變?yōu)椋壕C上所述，極點(diǎn)配置自校正PID控制器算法的實(shí)現(xiàn)步驟如下：(a)確定期望的系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)位置,即W(q -1)的系數(shù)；(b)用遞推最小二乘法在線估計(jì)，辨識(shí)系統(tǒng)參數(shù)ai，bi；(c)用估計(jì)參數(shù) 替代ai，bi按(11.2.32)式和(11.2.33)式計(jì)算控制器參數(shù)；(d)按(11.2.31)式計(jì)算本次控制量u(k)；(e)回到第(b)步繼續(xù)進(jìn)展下

5、次計(jì)算。(3)隱式極點(diǎn)配置自校正PID控制器控制律為：(4)一種適于非最小相位系統(tǒng)的極點(diǎn)配置自校正PID控制算法11.2.3 二自在度自校正PID控制器雖然現(xiàn)已提出的二自在度PID控制器的設(shè)計(jì)方案已有很多，但這些方案的根本出發(fā)點(diǎn)幾乎是一致的。其主要思想可大致歸納為：為了同時(shí)獲得良好的設(shè)定值跟蹤和抑制外部擾動(dòng)的才干。對(duì)以PID控制器算法為中心的控制器在構(gòu)造上進(jìn)展改造，典型的是添加設(shè)定值濾波器或其他一些參數(shù)。為了滿足控制系統(tǒng)性能的設(shè)計(jì)要求，根 據(jù)一定的設(shè)計(jì)方法，如部分模型匹配法、參考模型方法等，以及一定的約束條件，如閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)無差性能等，選擇濾波器及其他參數(shù)?？刂破鞯膬刹糠謪?shù)，

6、PID控制參數(shù)和濾波器或其他參數(shù)分別確定。閉環(huán)自校正的主要步驟如下：可辨識(shí)化：在閉環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下辨識(shí)過程特性時(shí)，往往可辨識(shí)條件不一定成立。因此采取能使系統(tǒng)滿足可辨識(shí)條件的有效措施。在線辨識(shí)：當(dāng)可辨識(shí)條件曾經(jīng)成立，根據(jù)最小二乘法及極大似然法等在線參數(shù)辨識(shí)算法，辨識(shí)過程的脈沖傳送函數(shù)。傳送函數(shù)的變換：由辨識(shí)出的過程脈沖傳送函數(shù)向s域的傳送函數(shù)變換。這一步特別要算出在設(shè)計(jì)中必需的向s域傳送函數(shù)變換的低階系數(shù)。控制參數(shù)的設(shè)計(jì)：由選定的呼應(yīng)外形系數(shù)、采樣周期和變換后的過程傳送函數(shù)，根據(jù)基于模型匹配的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)控制參數(shù)。圖11.2.1 帶設(shè)定值濾波的二自在度數(shù)字PID控制器閉環(huán)自校正原理圖自動(dòng)調(diào)整完成：采

7、取可辨識(shí)化措施普通來說會(huì)降低控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量，因此需求限制辨識(shí)過程所需的最短時(shí)間。在辨識(shí)和判別了過程的動(dòng)態(tài)特性后，繼續(xù)到第(4)步處置，到終了時(shí)停頓可辨識(shí)化任務(wù)，然后用新設(shè)計(jì)的控制參數(shù)繼續(xù)控制。過程模型：控制器：1傳送函數(shù)的變換過程的脈沖傳送函數(shù)可寫為：階躍呼應(yīng)為定義時(shí)間t的m階多項(xiàng)式函數(shù)為PI控制造用時(shí)：PID控制造用時(shí)：3系統(tǒng)形狀控制11.3 專家式自校正PID控制器11.3.1 專家式自校正PID控制器的根本原理專家式自校正PID控制器的特點(diǎn)首先表如今其模型描畫的多樣性。這些描畫方式主要有：解析模型Fuzzy模型規(guī)那么模型11.3.2 專家式PI控制器對(duì)這一分級(jí)根本義務(wù)進(jìn)展分解可得以下

8、子系統(tǒng)：圖11.3.1 專家式自校正PID控制器構(gòu)造框圖專家信號(hào)調(diào)理器專家式PI控制器專家監(jiān)視器專家控制器推理機(jī)智能反振蕩維護(hù)調(diào)理器專家式PI調(diào)理器性能證明器這些數(shù)據(jù)用于建立以下9種暫態(tài)呼應(yīng)特性：過低單調(diào)；過低振蕩；上下超調(diào)；無上超調(diào)，有下超調(diào)；無上下超調(diào)；上超調(diào)，無下超調(diào)；上超調(diào)，單調(diào)；上超調(diào)，振蕩；超越平安極限。開環(huán)過程特性由以下8個(gè)方面來描畫：非延時(shí)單調(diào)；非延時(shí)振蕩；短延時(shí)單調(diào)；短延時(shí)振蕩；中延時(shí)單調(diào)；中延時(shí)振蕩；長(zhǎng)延時(shí)單調(diào)；長(zhǎng)延時(shí)振蕩；控制器非線性有關(guān)的特性有以下8種特性來描畫：非正調(diào)理；非負(fù)調(diào)理；正調(diào)理器飽和；負(fù)調(diào)理器飽和；小正設(shè)定點(diǎn)變化；小負(fù)設(shè)定點(diǎn)變化；大正設(shè)定點(diǎn)變化；大負(fù)設(shè)定點(diǎn)變

9、化。11.3.3 基于方式識(shí)別的專家式自校正PID控制器在線校正PID 3個(gè)參數(shù)的知識(shí)庫(kù)構(gòu)成原那么為：(1)對(duì)某一類對(duì)象設(shè)定一組理想的形狀變量;(2)根據(jù)實(shí)測(cè)變量與理想變量的差值，按啟發(fā)式規(guī)那么整定PID參數(shù);圖11.3.2 專家式PI控制器圖11.3.3 專家式PI控制器進(jìn)展實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的方框圖圖11.3.4 無反振蕩邏輯，初始調(diào)理參數(shù)時(shí)的系統(tǒng)性能圖11.3.5 有反振蕩邏輯，初始調(diào)理參數(shù)時(shí)的系統(tǒng)性能圖11.3.6 有反振蕩邏輯，最終調(diào)理參數(shù)時(shí)的系統(tǒng)性能圖11.3.7 比例和積分增益變化軌跡圖11.3.8 超調(diào)量、衰減率和衰減周期的定義(3)對(duì)某一被控對(duì)象，任何一組PID參數(shù)指能夠?qū)?yīng)于一種情

10、況；(4)設(shè)定一組初值，根據(jù)閱歷對(duì)理想方式進(jìn)展離線仿真:K超調(diào)，靜差，阻尼，振蕩次數(shù)，穩(wěn)定性Ti超調(diào)，阻尼，振蕩頻率，消除靜差速度快，穩(wěn)定性Td超調(diào)，阻尼，振蕩頻率，噪聲影響，穩(wěn)定性EXACT進(jìn)展PID參數(shù)自校正任務(wù)原理如圖11.3.9所示。圖11.3.9 EXACT的PID參數(shù)自校正任務(wù)原理圖11.3.10 校正參數(shù)的收斂情況11.3.4 廣義預(yù)測(cè)控制11.4 廣義預(yù)測(cè)控制11.4.1 廣義預(yù)測(cè)控制的根本設(shè)計(jì)過程(1)CARIMA模型思索兩個(gè)Diophantine方程圖11.4.1 廣義預(yù)測(cè)控制廣義預(yù)測(cè)控制思索目的函數(shù)11.4.2 控制范圍的改良11.4.3 控制器參數(shù)的選擇11.4.4 仿真舉例自順應(yīng)廣義預(yù)測(cè)控制的計(jì)算步驟歸納為：設(shè)定N,Nu,m,nq,nb,