[发明专利]基于动态矩阵前馈预测的电液伺服PID控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及PID控制技术领域，更为具体地，涉及一种基于动态矩阵前馈预测的电液伺服PID控制方法及系统。

背景技术

目前，电液伺服系统广泛应用于航空、航天、武器、大型机械、冶金等工业部门。电液伺服控制系统的作用是根据预先的参数设定将系统负载的参数控制在一定的范围内，防止负载出现故障，所以电液伺服系统的精度与决定负载正常运转的参数密切相关。随着现代工业的发展，对电液伺服系统的性能提出了更高的要求，同时要求系统对恶劣环境有较强的适应能力。

电液伺服系统是典型的机电液耦合系统，其特征是非线性、不确定性、时变性、外界干扰和交叉耦合干扰，另外液压伺服系统还受到如油液粘度、温度、现场工况等多种“软”参量因素的影响，因此建立系统精确的数学模型存在一定的困难。目前电液伺服系统通常用PID(Proportion比例、Integration积分、Differentiation微分)进行控制，PID控制原理简单、易于整定，使用方便且调节性能指标对于受控对象的稍许变化不很敏感。但PID控制器只有在参数得到良好整定的前提下才能达到令人满意的效果。为了满足电液伺服系统控制性能的要求，就需要寻求一种与PID控制相结合的新的控制策略。Smith预估控制方法可以使调节器提前动作，从而抵消掉时滞特性造成的影响，减小超调量，提高系统的稳定性，加速调节过程，提高系统的快速性；但是Smith预估控制有两个主要的缺点：(1)随着对象特性变化的鲁棒性得不到保证；(2)当存在外界干扰时，不能得到很好的克服。

因此，为解决上述问题，需要提供一种新的电液伺服PID控制技术。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种基于动态矩阵前馈预测的电液伺服PID控制方法及系统，以解决不依赖对象的数学模型和外界带来的干扰问题。

本发明提供一种基于动态矩阵前馈预测的电液伺服PID控制方法，包括：通过DMC前馈控制器和PID负反馈控制器相结合对电液伺服系统输入量进行优化，具体步骤如下：

建立所述DMC前馈控制器；

通过所述DMC前馈控制器优化电液伺服系统的性能指标，以及滚动优化所述电液伺服系统的控制输入值；

建立所述PID负反馈控制器，获取优化所述电液伺服系统的控制输入值；其中，对所述PID负反馈控制器的参数进行整定；

根据所述DMC前馈控制器获取的所述电液伺服系统的滚动优化的控制输入值和根据所述PID负反馈控制器获取的所述电液伺服系统的优化的控制输入值，获取所述电液伺服系统总的优化的控制输入值。

本发明还提供另一种基于动态矩阵前馈预测的电液伺服PID控制系统，包括：

DMC前馈控制器建立单元，用于建立所述DMC前馈控制器；

性能指标优化单元，用于通过所述DMC前馈控制器优化电液伺服系统的性能指标；

控制输入值滚动优化单元，用于通过所述DMC前馈控制器滚动优化所述电液伺服系统的控制输入值；

PID负反馈控制器建立单元，用于建立所述PID负反馈控制器，获取优化所述电液伺服系统的控制输入值；

PID负反馈控制器的参数整定单元，用于对所述PID负反馈控制器的参数进行整定；

总的优化的控制输入值获取单元，用于根据所述DMC前馈控制器获取的所述电液伺服系统的滚动优化的控制输入值和根据所述PID负反馈控制器获取的所述电液伺服系统的优化的控制输入值，获取所述电液伺服系统总的优化的控制输入值。

从上面的技术方案可知，本发明提供基于动态矩阵前馈预测的电液伺服PID控制方法及系统，采用基于前馈DMC(动态矩阵控制)的PID控制器对电液伺服系统进行控制设计和分析。DMC算法采用对象的单位阶跃响应系数建立预测模型，不依赖对象的精确数学模型，能够利用较小时域内的控制输出序列，通过滚动优化实现当前时刻控制输入量的优化。另一方面，DMC算法通过在优化性能指标中引入正则化项，能够有效地抑制外界带来的干扰，使得整个电液伺服系统具有较好的快速性、准确性和稳定性。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：