[发明专利]一种PID控制系统及参数整定方法

权利要求书

1.一种PID控制系统，其特征在于：包括被控对象和PID控制器，所述PID控制器包括比例单元P、积分单元I、微分单元D和控制器增益系数k，所述PID控制器的传递函数为：

所述PID控制器基于线性自抗扰控制器启发，则启发下的传递函数为：

其中k_p为比例系数；T_i为积分时间；k_d为微分系数；T_d为微分时间；k为控制器增益系数；ω₀为线性自抗扰控制器中扩张状态观测器LESO的带宽，即PID控制器的滤波参数；ω_c为线性自抗扰控制器中误差反馈律的带宽，即PID控制器带宽；ξ为阻尼比；

基于线性自抗扰控制器启发的PID控制器中积分时间T_i、比例系数k_p、微分时间T_d和微分系数k_d的表达式分别为：

2.根据权利要求1所述的PID控制系统，其特征在于：所述线性自抗扰控制器中，

扩张状态观测器LESO表达式为：

式中，y为被控对象的输出；z_i为扩张状态观测器的输出，i＝1，2，...，n+1；β_i为多项式展开后各项对应系数；b₀为被控对象的控制量增益；u为被控对象的输入，即控制器的输出；

线性误差反馈律表达式为：

加扰动补偿后的实际控制律u为：

式中，v_i为跟踪微分器的输出，i＝1，2，...，n；k_i为误差反馈控制律的系数；b₀为被控对象的控制量增益；u为控制器的输出，即被控对象的输入；

参数整定数值表达式为：

式中，ω₀为线性自抗扰控制器中扩张状态观测器LESO的带宽，ω_c为线性自抗扰控制器中误差反馈律的带宽。

3.根据权利要求1所述的PID控制系统的参数整定方法，其特征在于：包括如下具体步骤：

1)基于所述PID控制器在被控对象的控制系统上进行控制算法组态；

2)现场获取被控对象的飞升曲线，得到被控对象的稳态增益K、近似一阶或二阶惯性加纯迟延系统的时间参数T和延迟时间τ以及开环调节时间t_s1；

3)令PID控制器带宽ω_c与PID控制器滤波参数ω₀的比值为λ，则k_p＝2ξλ-λ²，k_d＝(1-2ξλ+λ²)；基于所述飞升曲线，设置λ、ξ、ω_c、k的初值，根据设置的初值，计算PID控制器中积分时间T_i、比例系数k_p、微分时间T_d和微分系数k_d；并进入步骤4)或进入步骤6)；

4)基于仿真平台进行调试，自初值逐渐调节控制器增益系数k，使得闭环控制效果满足性能指标，满足则进入步骤8)，不满足则记录最佳k值并进入步骤5)；所述性能指标包括闭环调节时间小于等于设计值t_s2并且系统无超调；

5)基于仿真平台进行调试，自初值逐渐增大或减小ω_c，每增大一次ω_c，则自最佳k值的一半逐渐调节控制器增益系数k，使得闭环控制效果满足性能指标并进入步骤8)；每减小一次ω_c，则自最佳k值逐渐调节控制器增益系数k，使得闭环控制效果满足性能指标并进入步骤8)；所述性能指标包括闭环调节时间小于等于设计值t_s2并且系统无超调；

6)基于仿真平台进行调试，自初值逐渐调节控制器增益系数k，使得闭环控制效果满足性能指标，满足则进入步骤8)，不满足则记录最佳k值并进入步骤7)；所述性能指标包括闭环调节时间小于等于设计值t_s2并且系统无超调；

7)基于仿真平台进行调试，自初值逐渐减小阻尼比ξ，每减小一次阻尼比ξ，自步骤6)最佳k值逐渐调节控制器增益系数k，基于仿真平台进行调试，使得闭环控制效果满足性能指标并进入步骤8)；所述性能指标包括闭环调节时间小于等于设计值t_s2并且系统无超调；

8)选取闭环控制效果满足性能指标的控制器增益系数k，按此时PID控制器中积分时间T_i、比例系数k_p、微分时间T_d和微分系数k_d，设置控制逻辑组态，并投入运行。