[发明专利]一种非最小相位工业系统的控制系统

说明书

本发明公开了一种非最小相位工业系统的控制系统，所述控制系统包括：前置调节器、PID反馈控制器和参数调节器。本发明的前置调节器起到滤波作用，平滑输入信号，克服系统超调；PID反馈控制器起到闭环稳定、反馈调节与抗扰作用，参数调节器调节前置调节器和PID反馈控制器的参数，使其与非最小相位工业系统的性能相匹配，克服了不稳定的零点的影响，提高非最小相位系统的控制精度。

技术领域

本发明涉及工业控制技术领域，特别涉及一种非最小相位工业系统的控制系统。

背景技术

在实际的工业生产中，工业系统往往会受到一系列的扰动影响，一个是来自于已知模型和实际系统模型的不匹配引起的内部扰动值，另一种是来自于外界对控制系统产生的外部干扰。目前对于控制系统的性能和要求也不断提高，设计优越的抗扰控制器，实现无静差调节和跟踪控制，具有重要的意义。

非最小相位系统广泛的存在于工业对象当中，比如说柔性结构控制，锅炉温控系统，船舶航向控制、倒立摆系统等。但是由于非最小相位系统的特点就是具有右半平面的零点，并且不满足幅频与相频间一一对应的关系，对于现有的控制最小相位系统的控制器和分析方法不在适用。由于存在的不稳定的零点，对于系统的稳定性，鲁棒性和动态性能都会产生不利的影响。

在工业控制中，PID始终作为一种简单使用的控制器仍然在被广泛的使用，并且适用于非最小相位系统中。但是对于实际的工程应用人来说，参数的调制仍然是一个主要难点，同时微分器的使用，也限制住了PID的整体性能。特别是对象具有非最小相位零点时，系统稳定性和控制性能存在的矛盾是的参数调节非常困难，对于比例-积分-微分的含义依旧停留在积分消除静差，微分增强系统的动态性。在现有的先进控制技术中，比如：自抗扰控制技术，因为其参数物理意义明确，且具有主动抗扰的能力，使得PID控制技术被认为是一种性能较差的控制方式。

如何克服不稳定的零点的影响，提高非最小相位系统的控制精度成为一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种非最小相位工业系统的控制系统，以克服不稳定的零点的影响，提高非最小相位系统的控制精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种非最小相位工业系统的控制系统，所述控制系统包括：

前置调节器、PID反馈控制器和参数调节器；

所述前置调节器的输入端连接输入信号，所述前置调节器的输出端与PID反馈控制器的输入信号输入端连接，所述PID反馈控制器的反馈信号输入端与非最小相位工业系统的反馈信号输出端连接，所述前置调节器用于所述输入信号进行平滑和前置补偿处理，并将处理后的输入信号发送给所述PID反馈控制器；

所述PID反馈控制器的输出端与所述非最小相位工业系统的控制端连接；

所述参数调节器分别与所述前置调节器的参数调节端和所述PID反馈控制器的参数调节端连接。

可选的，所述前置调节器为低通滤波器。

可选的，所述低通滤波器的传递函数为：或

其中，F(s)表示低通滤波器的输出，s表示传递函数变量，τ_c表示期望闭环系统的时间常数，τ_q表示扰动估计滤波时间常数。

可选的，所述PID反馈控制器为PI控制器或PID控制器。

可选的，所述PID反馈控制器的传递函数为：

其中，C(s)表示PID反馈控制器的输出，s表示传递函数变量，K_p、K_i、K_d分别表示PID反馈控制器的微分系数、积分系数和比例系数；