[发明专利]一种自适应PID控制方法、控制芯片及控制器

说明书

技术领域

本发明属于工业过程控制领域，特别涉及一种自适应PID控制方法、控制芯片及控制器。

背景技术

在化工、冶金等工业过程中，环境的变化、工艺设备的磨损都能够使得工艺参数发生较大幅度的变化，相比于传统经典的PID控制方法，自适应PID控制方法能够认识环境条件变化并按照某种最优性能自动整定控制参数，因而得到工程应用的重视，在诸如温度、流量、液位、压力等变量控制中得到大量使用。

将被控对象在局部用一个二阶系统近似线性描述，得到如图1所示的自适应PID控制系统的原理框图。其中w(k)代表被控对象的期望输出值；y(k)代表被控对象的实际输出值；e(k)代表自适应PID控制器的输入值；u(k)代表自适应PID控制器的输出值；G(z^-1)/H(z^-1)代表自适应PID控制器的模型，式中G(z^-1)＝g₀+g₁z^-1+g₂z^-2，z^-dB(z^-1)/A(z^-1)代表被控对象的模型，式中A(z^-1)＝1+a₁z^-1+a₂z^-2，B(z^-1)＝b₀+b₁z^-1。其中A(z^-1)y(k)＝z^-dB(z^-1)u(k)，H(z^-1)u(k)＝G(z^-1)w(k)-G(z^-1)y(k)。

该闭环系统的输入输出方程为[A(z^-1)H(z^-1)+z^-dB(z^-1)G(z^-1)]y(k)＝B(z^-1)G(z^-1)w(k-d)，其中闭环特征多项式为T(z^-1)＝A(z^-1)H(z^-1)+z^-dB(z^-1)G(z^-1)，式中T(z^-1)＝1+t₁z^-1+t₂z^-2，t₁、t₂由系统的阻尼比ξ、自然频率ω_n和控制周期T₀决定，t₂＝exp[-2ξω_nT₀]。

现有的自适应PID控制方法具体步骤如下：

A.根据系统要求设定阻尼比ξ、自然频率ω_n和控制周期T₀,根据t₂＝exp[-2ξω_nT₀]求得t₁和t₂，从而根据T(z^-1)＝1+t₁z^-1+t₂z^-2求得T(z^-1)；

B.根据u(k)、y(k)的历史数据，根据A(z^-1)y(k)＝z^-dB(z^-1)u(k)，在线辨识求得a₁、a₂、b₀、和b₁，从而根据A(z^-1)＝1+a₁z^-1+a₂z^-2和B(z^-1)＝b₀+b₁z^-1求得A(z^-1)和B(z^-1)；