[发明专利]低阶系统ITAE最优的PI控制器参数整定方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及PID控制领域，特别是涉及一种低阶系统ITAE最优的PI控制器参数整定方法以及一种低阶系统ITAE最优的PI控制器参数整定系统。

背景技术

应用现代控制理论设计控制系统需要被控对象的精确数学模型，这一要求在实际工程中很难满足。现代工业控制系统存在数以百计的控制回路，如果单个回路设计和整定工作繁琐，则整个系统设计和整定的工作量巨大。PID（比例-积分-微分）控制器结构简单，其概念容易理解，算法易于实现，且具有一定的鲁棒性，因此在过程控制领域中仍被广泛使用，除非在特殊情况下证明它不能满足既定的性能要求。

PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。对PID参数整定方法的研究一直是控制领域所关注的。半个多世纪以来，PID参数整定方法不断丰富和发展，在经典Z-N（Ziegler-Nichols）法之后相继出现了CC（Cohen-Coon）方法、CHR（Chien-Hrones-Reswick）公式、极点配置法、零极点相消法、基于内模控制的PID方法、误差积分指标最优的PID方法、基于幅值相位裕量的PID参数整定算法等。上述方法中：

一、经典Z-N法、CC方法、CHR公式：基于工程经验的方法，仅适用于小延迟对象，且获得的性能经常不满意，一般作为粗略整定的方法；

二、极点配置法、零极点相消法、基于内模控制的方法：根据理论分析和近似获得的方法，仅适用于延迟较小的对象；

三、误差积分指标最优的PID方法：在对延迟部分进行了近似的基础上进行了优化，适用于延迟较小的对象；

四、基于幅值相位裕量的PID参数整定法：是以幅值相位裕量为性能指标的方法，适用于延迟较小的对象；

可见，上述方法都是适用于小延迟对象，对于大延迟对象都不适用。因此，找出一种能够在相当大的延迟时间范围内适用的参数整定方法成为目前亟待解决的问题。

发明内容

基于此，本发明提供一种低阶系统ITAE最优的PI控制器参数整定方法及系统，能够在较大的相对延迟时间范围内适用。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种低阶系统ITAE最优的PI控制器参数整定方法，包括以下步骤：

获取被控对象参数域，在该参数域的区间上进行等分处理，得到若干组等分点上的参数值；

根据所述等分点上的参数值计算PI控制器的稳定参数域；

以ITAE指标为目标函数，在所述稳定参数域中进行寻优计算，获得ITAE指标最优的PI控制器参数值。

一种低阶系统ITAE最优的PI控制器参数整定系统，包括：

等分模块，用于获取被控对象参数域，在该参数域的区间上进行等分处理，得到若干组等分点上的参数值；

稳定参数域计算模块，用于根据所述等分点上的参数值计算PI控制器的稳定参数域；

PI控制器参数值计算模块，用于以ITAE指标为目标函数，在所述稳定参数域中进行寻优计算，获得ITAE指标最优的PI控制器参数值。

由以上方案可以看出，本发明的一种低阶系统ITAE最优的PI控制器参数整定方法及系统，对获取的被控对象参数域进行等分处理，然后根据等分点上的参数值计算PI控制器的稳定参数域，并在该稳定参数域中以ITAE指标为目标函数进行寻优计算，从而得到ITAE指标最优的PI控制器参数值。本发明通过计算稳定参数域作为优化时的参数寻优空间，使得寻优过程有严格的稳定性保证，极大地提高了优化效率，并且本发明无需对模型的延迟环节进行近似处理，可在较大的相对延迟时间范围内适用，同时能保持较好的控制品质，ITAE指标最小，响应速度较快。

附图说明

图1为本发明实施例中一种低阶系统ITAE最优的PI控制器参数整定方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中各种方法性能点的分布情况示意图；

图3为本发明实施例中床温的动态响应曲线示意图；

图4为本发明实施例中一种低阶系统ITAE最优的PI控制器参数整定系统的结构示意图。

具体实施方式