專家PID控制課件

專家PID控制1、專家PID控制原理1、專家PID控制原理專家PID控制的實質(zhì)是：基于受控對象和控制規(guī)律的各種知識，無須知道被控對象的精確模型，利用專家經(jīng)驗來設(shè)計PID參數(shù)。專家PID控制是一種直接型專家控制器。圖1典型二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)誤差曲線令e(k)表示離散化的當(dāng)前采樣時刻的誤差值，e(k-1)，e(k-2)分別表示前一個和前兩個采樣時刻的誤差值，則有e(k)=e(k)-e(k-1)e(k-1)=e(k-1)-e(k-2)1、專家PID控制原理根據(jù)誤差及其變化，對圖1所示的二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)誤差曲線進行如下定性分析：(1)當(dāng)e(k)>M1時，說明誤差的絕對值已經(jīng)很大。不論誤差變化趨勢如何，都應(yīng)考慮控制器的輸出按定值輸出，以達(dá)到迅速調(diào)整誤差，使誤差絕對值以最大速度減小，同時避免超調(diào)。此時，它相當(dāng)于實施開環(huán)控制。1、專家PID控制原理(3)當(dāng)e(k)e(k)<0，e(k)e(k-1)>0或e(k)=0時，，說明誤差的絕對值朝減小的方向變化，或者已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。此時，可考慮采取保持控制器輸出不變。(4)當(dāng)e(k)e(k)<0，e(k)e(k-1)<0時，說明誤差處于極值狀態(tài)。如果此時誤差的絕對值較大，即e(k)M2，可考慮實施較強的控制作用，即u(k)=u(k-1)+k1kpem(k)如果此時誤差的絕對值較小，即e(k)<M2，可考慮實施較弱的控制作用，即u(k)=u(k-1)+k2kpem(k)1、專家PID控制原理(5)當(dāng)e(k)(精度)時，說明誤差的絕對值很小，此時加入積分環(huán)節(jié)，減少穩(wěn)態(tài)誤差。以上各式中，em(k)為誤差的第k個極值；u(k)為第k次控制器的輸出；u(k-1)為第k-1次控制器的輸出；k1為增益放大系數(shù)，k1>1；k2為抑制系數(shù)，0<k2<1；M1，M2為設(shè)定的誤差界限，M1>M2>0；k為控制周期的序號(自然數(shù))；為任意小的正實數(shù)。在圖1中，Ⅰ，Ⅲ，Ⅴ，Ⅶ，…區(qū)域，誤差朝絕對值減小的方向變化，此時，可采取保持等待措施，相當(dāng)于實施開環(huán)控制；Ⅱ，Ⅳ，Ⅵ，Ⅷ…區(qū)域，誤差絕對值朝增大的方向變化，此時，可根據(jù)誤差的大小分別實施較強或一般的控制作用，以抑制動態(tài)誤差。2、仿真實例2、仿真實例求3階傳遞函數(shù)的階躍響應(yīng)其中，對象采樣時間為lms。采用z變換進行離散化，經(jīng)過z變換后的離散化對象為y(k)=－den(2)y(k－1)－den(3)y(k－2)－den(4)y(k－3)

＋num(2)u(k－1)＋num(3)u(k－2)＋num(4)u(k－3)采用專家PID設(shè)計控制器。在仿真過程中，取0.001，程序中的5條規(guī)則與控制算法的5種情況相對應(yīng)。專家PID控制仿真程序見附錄程序exppid.m，仿真結(jié)果如圖2和圖3所示。3、程序代碼%程序代碼%專家PID控制仿真程序：exppid.m%ExpertPIDControllerclearall;closeall;clc;ts=0.001;sys=tf(5.235e005,[1,87.35,1.047e004,0]);%Plantdsys=c2d(sys,ts,'z');[num,den]=tfdata(dsys,'v');u_1=0;u_2=0;u_3=0;y_1=0;y_2=0;y_3=0;x=[0,0,0]';x2_l=0;error_1=0;kp=0.6;ki=0.03;kd=0.01;3、程序代碼fork=1:1:500time(k)=k*ts;r(k)=1;u(k)=kp*x(1)+kd*x(2)+ki*x(3);%PIDController%Expertcontrolruleifabs(x(1))>0.8%Rule1:Unclosedcontrolruleu(k)=0.45;elseifabs(x(1))>0.40u(k)=0.40;elseifabs(x(1))>0.20u(k)=0.12;elseifabs(x(1))>0.01u(k)=0.10;end(1)當(dāng)e(k)>M1時，實施開環(huán)控制。3、程序代碼ifx(1)*x(2)>0|(x(2)==0)%Rule2ifabs(x(1))>=0.05u(k)=u_1+2*kp*x(1);elseu(k)=u_1+0.4*kp*x(1);endendif(x(1)*x(2)<0&x(2)*x2_1>0)|(x(1)==0)%Rule3u(k)=u(k);end(2)當(dāng)e(k)e(k)>0或e(k)=0時如果e(k)M2，控制器輸出為u(k)=u(k-1)+k1{kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]}如果e(k)<M2，控制器輸出為u(k)=u(k-1)+kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)](3)當(dāng)e(k)e(k)<0，e(k)e(k-1)>0或e(k)=0時保持控制器輸出不變。3、程序代碼%Restrictingtheoutputofcontrollerifu(k)>=10u(k)=10;endifu(k)<=-10

u(k)=-10;end%Linearmodely(k)=-den(2)*y_1-den(3)*y_2-den(4)*y_3+num(1)*u(k)...+num(2)*u_1+num(3)*u_2+num(4)*u_3;error(k)=r(k)-y(k);3、程序代碼%----------Returnofparameters----------u_3=u_2;u_2=u_1;u_1=u(k);y_3=y_2;y_2=y_1;y_1=y(k);x(1)=error(k);%CalculatingPx2_1=x(2);x(2)=(error(k)-error_1)/ts;%CalculatingDx(3)=x(3)+error(k)*ts;%CalculatingI