[发明专利]一种控制对象完整阶跃响应信号的获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业过程自动控制领域，特别是一种控制对象完整阶跃响应信号的获取方法。

背景技术

目前，实际控制系统中应用最多的是PID控制，而且大多将控制对象处理为一阶惯性加时滞模型(P(s)＝K/(Ts+1)e^-τs)，之后进行PID调节参数的整定。所以现有控制技术中通常的做法是：(1)由控制对象完整的阶跃响应信号，得到控制对象的一阶惯性加时滞模型；(2)控制对象的一阶惯性加时滞模型，按照各种方法进行PID控制器参数的设定；(3)将设定好PID控制器应用于实际控制系统。

通常，通过控制对象的开环阶跃响应可得到控制对象的一阶惯性加时滞模型，但在实际应用中，绝大多数的做法是对控制对象分步给定小增量式的阶跃信号，这样便无法直接得到完整的阶跃响应信号，没有完整的阶跃响应信号便不能直接对控制对象进行建模，而没有控制对象建模便不能对PID控制器调节参数进行整定。所以，如何通过控制对象对小增量式的阶跃信号的响应，获取其完整的阶跃响应信号，对于控制对象的建模及控制器参数整定具有重要的实际意义。

查阅现有专利和文献，对于如何通过控制对象对小增量式的阶跃信号的响应获取其完整的阶跃响应信号这一问题，并没有人进行过研究。然而，完整的阶跃响应信号是大多数建模方法的前提和基础，所以本发明专门针对以上实际问题，给出了一种通过控制对象对小增量式的阶跃信号的响应获取其完整的阶跃响应信号的方法。

发明内容

本发明针对某些实际应用中现有技术的不足，提供了一种控制对象完整阶跃响应信号的获取方法，能够通过控制对象对小增量式的阶跃信号的响应获取其完整的阶跃响应信号，对于提高控制对象建模精度及改善控制系统的动态性能，具有良好的实际意义和应用前景。

为了便于说明本发明的方法，先给出两个术语：第一个是“采样周期”，即每经过n个时间单位对控制对象的输出进行一次采样，则称n个时间单位为一个采样周期；第二个是“阶跃给定周期”，每隔m个采样周期，对控制对象施加一个等量的阶跃信号，则称m个采样周期为一个阶跃给定周期。

为便于对本方法的理解，现对不同阶跃给定周期施加的等量阶跃信号在某个阶跃给定周期的响应进行分析：(1)在不同阶跃给定周期施加的等量的阶跃信号，在该阶跃给定周期所产生的响应均相等；(2)上一个阶跃给定周期施加的等量阶跃信号在当前阶跃给定周期所产生的响应，等于当前阶跃给定周期施加的等量的阶跃信号在下一个阶跃给定周期所产生的响应；(3)该阶跃给定周期控制对象的输出响应，由该阶跃给定周期之前阶跃给定周期及本阶跃给定周期输入的阶跃信号的响应相互叠加而成。

为了通过控制对象对小增量式的阶跃信号的响应获取其完整的阶跃响应信号，本发明一种控制对象完整阶跃响应信号的获取方法，具体实施步骤如下：

(1)根据控制对象和控制系统的特点，确定采样周期、阶跃给定周期、阶跃信号给定的大小及次数。

(2)每隔一个阶跃给定周期，对控制对象施加一个等量的阶跃信号。

(3)对每次施加阶跃信号的时刻和大小以及阶跃响应信号进行存贮。

(4)第一个阶跃给定周期的输出响应，即为该阶跃给定周期的阶跃响应。

(5)第二个阶跃给定周期的输出响应减去第一个阶跃给定周期的输出响应，即是第二个阶跃给定周期的阶跃响应。

(6)第三个阶跃给定周期的输出响应减去第二个阶跃给定周期的输出响应，即是第三个阶跃给定周期的阶跃响应，依此类推。

(7)到某个阶跃给定周期阶跃响应达到与上一个阶跃给定周期阶跃响应完全相等时，即停止运算。

(8)由不同阶跃给定周期的阶跃响应组合得到完整的阶跃响应。

对于具有时滞的系统，可先求出时滞大小，将所有的响应信号均前移相应的时滞时段，然后再利用本方法获取完整的阶跃响应信号。

本发明中控制对象完整阶跃响应信号的获取方法与现有的技术相比具有的有益效果是：该方法能够通过控制对象对小增量式的阶跃信号的响应获取其完整的阶跃响应信号，由完整的阶跃响应信号对控制对象进行建模与直接利用控制对象对小增量式的阶跃信号的响应对控制对象进行建模相比较，前者比后者的建模精度要高，而且控制对象一阶惯性加时滞模型中的惯性常数越大，建模的误差也越大。所以，本方法对于提高控制对象建模精度及改善控制系统的动态性能具有良好的实际意义和应用前景。

附图说明

图1是本发明控制对象完整阶跃响应信号的获取方法的流程图。

图2是施加到母管压力控制对象的阶跃给定信号。

图3是母管压力控制对象的实际输出响应与完整的阶跃响应比较曲线。