[发明专利]提高重复补偿PID控制系统的控制性能的方法

说明书

本发明公开了一种改进的重复补偿PID控制系统，在重复补偿PID控制器的延时环节所在支路上串联第二PID控制器，第二PID控制器与所述PID控制器的PID参数设置为相同，且位于延时环节之前。本发明还公开了一种上述系统的构建方法，先在不加入第二PID控制器的基础上调节系统参数，然后再加入第二PID控制器，第二PID控制器的PID参数不需要调节，沿用主支路上PID控制器的参数即可。使用本发明可以优化伺服系统的参数，改善系统延时对控制系统的影响，而且伺服控制系统稳定回路的调试时间还不会增加。

技术领域

本发明涉及PID控制技术领域，具体涉及一种提高重复补偿PID控制系统的控制性能的方法。

背景技术

很多导引头光学舱采用直流伺服系统，要求跟踪输入指令快速无超调，控制回路性能指标高，抗扰动能力强等，这样就对直流伺服系统提出了更高的要求，直流伺服系统具有结构简单、重量轻，启动力矩大，调速范围宽，控制容易，维护方便等优点，在导引头光学舱中得到了广泛的应用。

常规PID控制器因其结构简单，不需要对象的精确数学模型，易于操作、适用面广等特点而得到了广泛的应用，但鲁棒性差，控制精度不高，适应能力较差，应用在伺服系统中，参数调整时间长，很难提高系统性能指标。因此需要改进常规PID控制算法，使其满足伺服系统对稳定性的要求。

重复补偿控制原理来源于内模原理，其原理指的是，如果参考信号的发生器包含在一个稳定的闭环系统中，被控输出就能无误差地跟踪参考信号。Inoue等人基于上述思想提出了重复补偿控制理论，利用内膜原理，在稳定闭环系统内设置一个可以产生与参考输入同周期的内部模型，从而使系统实现对外部周期参考信号的渐近跟踪。重复补偿控制系统框图如图1所示。

重复补偿控制系统中，加到被控对象上面的输入信号除了偏差信号之外，还叠加了上一周期同时刻的控制偏差，把上一次运行的偏差反映到现在，和当前的控制偏差叠加到一起对被控对象进行控制。如图2所示。图中r为输入信号，y为系统输出，u为控制器输出，由于此系统中具有一个延时因子，因此它的开环传递函数在虚轴上含有无数个极点。所以系统对任何阶输入或干扰的系统误差是渐近趋于零，鲁棒性较强。

重复补偿控制虽可以保证输出精度跟踪给定值，但它却有2个缺点：由图1可以看出，重复补偿得到的控制指令并不是立即输出，而是滞后一个参考周期才输出。如果系统内部出现干扰，消除干扰对输出的影响至少要一个参考周期。干扰出现后的一个周期内，系统对干扰并不产生调节作用，这一周期系统几乎处于开环状态，存在一个延迟因子、控制器在第一个周期里，没有信号输出。

可见，现有的重复补偿PID控制方案会使伺服控制系统稳定回路调试时间增加。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种提高重复补偿PID控制系统的控制性能的方法，可以优化伺服系统的参数，改善系统延时对控制系统的影响，而且伺服控制系统稳定回路的调试时间还不会增加。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种改进的重复补偿PID控制系统，在重复补偿PID控制器的延时环节所在支路上串联第二PID控制器，且位于延时环节之前；将第二PID控制器的PID参数设置为与所述重复补偿PID控制器的PID参数相同。

优选地，在两个PID控制器的PID参数被设置为相同的基础上，进一步对两个PID控制器进行参数微调。

基于上述系统，本发明提供的一种提高重复补偿PID控制系统的控制性能的方法，包括如下步骤：

步骤一、构建传统的重复补偿PID控制器，通过优化PID参数和延时环节参数，调试系统的稳定指标，并根据系统所需的频率在保证系统稳定精度的基础上调节跟踪误差的频率；