[发明专利]针对SISO及MIMO系统的有界性PID控制算法

权利要求书

1.一种针对SISO及MIMO系统的有界性PID控制算法，其特征在于，针对SISO及MIMO系统的有界性PID控制算法，包括：单路或多路带积分反馈的PID控制单元、和单输出或多输出有界控制单元；

其中，单路带积分反馈的PID控制单元和单输出有界控制单元针对SISO系统，多路带积分反馈的PID控制单元和多输出有界控制单元针对MIMO系统；

所述的针对SISO及MIMO系统的有界性PID控制算法，将单路或者多路参考信号与单路或者多路系统输出作差得到单路或者多路控制误差，然后将该控制误差输入到单路或者多路带积分反馈的PID控制单元；所述单路或者多路带积分反馈的PID控制单元的输出又与单输出或者多输出有界控制单元相连接；所述单输出或者多输出有界性控制单元的最终输出为所述有界性PID控制算法的最终输出；并且所述单输出或者多输出有界控制单元将一个时变控制参数k₀反馈到单路或者多路带积分反馈的PID控制单元中；

所述单输出有界控制单元，用于接收所述单路带积分反馈的PID控制单元的输出，然后输出所述针对SISO系统的有界性PID控制算法的最终输出，并且将时变控制参数k₀反馈到单路带积分反馈的PID控制单元中；

所述单输出有界控制单元表示为：

其中，u既是单输出有界控制单元的输出，也是整个所述针对SISO系统的有界性PID控制算法的最终输出；u_m来源于所述单路带积分反馈的PID控制单元；u_max和u_min为所述有界性PID控制算法控制输出的极大值与极小值；k为一个可以调整的定值控制参数，且k＞0，k₁也为一个可以调整的定值控制参数，且k₁＞0，k₀为一个时变控制参数，将进一步反馈到单路带积分反馈的PID控制单元中，且k₀∈(0,1]；

针对所述单输出有界控制单元的输出u，给出u与k₀关系为：

该方程为一个椭圆方程，通过该椭圆方程，得到所述有界性PID控制算法的最终控制输出u∈(u_min,u_max)，从而保证所述有界性PID控制算法输出的有界性；

通过所述椭圆方程得到如下结论：若所述针对SISO系统的有界性PID控制算法的最终控制输出已经趋近于极大值或者极小值，即u→u_min,或者u→u_max，则时变控制参数k₀将趋近于0，即k₀→0；通过k₀对所述带积分反馈的PID控制单元的积分项的反馈，使所述带积分反馈的PID控制单元的积分项也趋近于0，即k₀K_I∫Edt→0。

2.根据权利要求1所述的针对SISO及MIMO系统的有界性PID控制算法，

其特征在于：

在所述SISO系统中，单路控制误差经过单路带积分反馈的PID控制单元和单输出有界控制单元，得到最终控制器输出；

针对SISO系统的有界问题为u∈(u_min,u_max)问题，u为控制算法的最终输出或者执行器的控制输入,u_max和u_min分别为控制算法最终输出或者执行器控制输入的上界与下界。

3.根据权利要求2所述的针对SISO及MIMO系统的有界性PID控制算法，

其特征在于：

所述单路带积分反馈的PID控制单元，包括：比例单元、微分单元和带反馈的积分单元；

所述单路带积分反馈的PID控制单元接收参考信号与系统输出作差得到的控制误差，所述控制误差分别输入到所述单路带积分反馈的PID控制单元的比例单元、微分单元和带反馈的积分单元，然后将所述比例单元、微分单元、和带反馈的积分单元的输出相加即得到所述单路带积分反馈的PID控制单元的输出。