正在加载图片...
D01:10.13374/6.issn1001-t63x.2010.10.024 第32卷第i0期 北京科技大学学报 Vol 32 No 10 2010年10月 Journal of Un iersity of Science and Technology Beijing 0ct2010 惯性特征系统最速特征模型PID控制参数辨识 孟庆波)尹怡欣) 乔桂玲) 1)北京科技大学信息工程学院，北京1000832浙江机电职业技术学院电气系，杭州310030 摘要以惯性特征系统作为研究对象，针对常规PD控制器参数的设置问题提出了基于系统最速特征模型的辨识算法，该 算法利用惯性特征系统的输入输出特性，通过最小二乘法辨识出系统的一阶特征模型，然后再根据一阶特征模型、控制律和 系统的动、稳态性能的要求辨识出系统的二阶最速特征模型，同时也计算出PD控制器的参数·仿真结果表明，该算法能够使 PD控制具有最速响应的特征，为PD参数设置提供了一种计算方法 关键词惯性系统；特征模型：参数辨识：最小二乘法 分类号TP214+.1 PID controller param eters identification based on the fastest model of inertial feature system s MENG Qing bo,YN Yix,QIAO Gui-ling) 1)School of Infomation Engincering University of Science and Technology Beijng Beijng 100083 China 2)Eketrie Deparment Zhejiang Machinery Electricity Vocational Technical College Hangzhou 310003 China ABSTRACT An algorithm of P controller parameters identification based on the fastestmodel was presented to tune PDD controller parameters for an inertial feature system.W ith input and output data of the inertial feature system,this method identifies the firstorder characteristic system by the least square method LSM firstly then identifies the second-onder fastestmodel of the inertial feature sys" tem according to the demands of the firstorder characteristic system,control signal the stable and dynam ic properties of the nertial feature systemn.and then the P controller parameters were calculated synchronously Siulation results show that the algorithm makes the PI controller have the characteristic of the fastest response and proviles an effective method for calculating the PI controller pa- rameters KEY WORDS inertial systems feature mode}parameters identification:least square method PD控制是工业过程中最常用的控制，其参数 特征模型是根据系统动力学特性和控制性能要 的整定大多是根据个人对控制对象的了解和工作经 求，依照输入相同控制信号产生等价输出信号的原 验而确定的，如对滞后一阶惯性环节的Ziegle~ 则建立起来的系统模型，它为高阶或者非线性系统 N ichols方法山.近年来，对于PD参数的整定问 进行低阶化处理提供了理论依据[⑧)，本文提出的基 题，研究人员提出了多种优化方法，如菌群优化 于最速特征模型PD控制参数辨识是以特征描述模 (BsO算法)、参数稳定域的图解方法B)、模糊推 型为基础，以最快地完成控制的动、静态指标为目 理整定PD参数[)和神经网络学习整定PD参 的，以惯性特征系统为研究对象的PD参数辨识算 数5-).这些方法为PD参数的确定提供了一些解 法，它为该类工业控制PD参数的整定提供了一种 决方案，但大多脱离了工程技术人员对被控对象的 新的解决方案 直观理解，算法复杂且PD控制器参数随控制过程 而发生变化，就目前工业现场情况而言，很难在实际 1特征描述模型的辨识方法 工程中得到实施应用. 通常认为：PD控制器的设计不需要被控对象 收稿日期：2009-11-09 作者简介：孟庆波(1972)~男，博士研究生：尹怡欣(1957-)男，教授，博士生导师，Email严us@126cm第 32卷 第 10期 2010年 10月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．32Ｎｏ．10 Ｏｃｔ．2010 惯性特征系统最速特征模型 ＰＩＤ控制参数辨识 孟庆波 12） 尹怡欣 1） 乔桂玲 1） 1） 北京科技大学信息工程学院北京 100083 2）浙江机电职业技术学院电气系杭州 310030 摘 要 以惯性特征系统作为研究对象针对常规 ＰＩＤ控制器参数的设置问题提出了基于系统最速特征模型的辨识算法该 算法利用惯性特征系统的输入输出特性通过最小二乘法辨识出系统的一阶特征模型然后再根据一阶特征模型、控制律和 系统的动、稳态性能的要求辨识出系统的二阶最速特征模型同时也计算出 ＰＩＤ控制器的参数．仿真结果表明该算法能够使 ＰＩＤ控制具有最速响应的特征为 ＰＩＤ参数设置提供了一种计算方法． 关键词 惯性系统；特征模型；参数辨识；最小二乘法 分类号 ＴＰ214 ＋∙1 ＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆａｓｔｅｓｔｍｏｄｅｌｏｆｉｎｅｒｔｉａｌ ｆｅａｔｕｒｅｓｙｓｔｅｍｓ ＭＥＮＧＱｉｎｇ-ｂｏ 12）ＹＩＮＹｉ-ｘｉｎ 1）ＱＩＡＯＧｕｉ-ｌｉｎｇ 1） 1） ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇＢｅｉｊｉｎｇ100083Ｃｈｉｎａ 2） ＥｌｅｃｔｒｉｃＤｅｐａｒｔｍｅｎｔＺｈｅｊｉａｎｇＭａｃｈｉｎｅｒｙ-ＥｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙＶｏｃａｔｉｏｎａｌＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅＨａｎｇｚｈｏｕ310003Ｃｈｉｎａ ＡＢＳＴＲＡＣＴ ＡｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆａｓｔｅｓｔｍｏｄｅｌｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｏｔｕｎｅＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒａｎｉｎｅｒｔｉａｌｆｅａｔｕｒｅｓｙｓｔｅｍ．Ｗｉｔｈｉｎｐｕｔａｎｄｏｕｔｐｕｔｄａｔａｏｆｔｈｅｉｎｅｒｔｉａｌｆｅａｔｕｒｅｓｙｓｔｅｍｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉｄｅｎｔｉｆｉｅｓｔｈｅｆｉｒｓｔ-ｏｒｄｅｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｙｓｔｅｍｂｙｔｈｅｌｅａｓｔｓｑｕａｒｅｍｅｔｈｏｄ（ＬＳＭ） ｆｉｒｓｔｌｙｔｈｅｎｉｄｅｎｔｉｆｉｅｓｔｈｅｓｅｃｏｎｄ-ｏｒｄｅｒｆａｓｔｅｓｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｉｎｅｒｔｉａｌｆｅａｔｕｒｅｓｙｓ- ｔｅｍａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｄｅｍａｎｄｓｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔ-ｏｒｄｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｙｓｔｅｍｃｏｎｔｒｏｌｓｉｇｎａｌｔｈｅｓｔａｂｌｅａｎｄｄｙｎａｍｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｉｎｅｒｔｉａｌ ｆｅａｔｕｒｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｎｔｈｅＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｌｙ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｍａｋｅｓ ｔｈｅＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｈａｖｅｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｔｈｅｆａｓｔｅｓｔｒｅｓｐｏｎｓｅａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｆｏｒｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｐａ- ｒａｍｅｔｅｒｓ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ｉｎｅｒｔｉａｌｓｙｓｔｅｍｓ；ｆｅａｔｕｒｅｍｏｄｅｌ；ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｌｅａｓｔｓｑｕａｒｅｍｅｔｈｏｄ 收稿日期：2009--11--09 作者简介：孟庆波 （1972— ）男博士研究生；尹怡欣 （1957— ）男教授博士生导师Ｅ-ｍａｉｌ：ｙｙｘ＿ｕｓｔｂ＠126．ｃｏｍ ＰＩＤ控制是工业过程中最常用的控制其参数 的整定大多是根据个人对控制对象的了解和工作经 验而确 定 的如 对 滞 后 一 阶 惯 性 环 节 的 Ｚｉｅｇｌｅ- Ｎｉｃｈｏｌｓ方法 ［1］．近年来对于 ＰＩＤ参数的整定问 题研究人员提出了多种优化方法如菌群优化 （ＢＳＦＯ）算法 ［2］、参数稳定域的图解方法 ［3］、模糊推 理整定 ＰＩＤ参数 ［4］ 和神经网络学习整定 ＰＩＤ参 数 ［5--7］．这些方法为 ＰＩＤ参数的确定提供了一些解 决方案但大多脱离了工程技术人员对被控对象的 直观理解算法复杂且 ＰＩＤ控制器参数随控制过程 而发生变化就目前工业现场情况而言很难在实际 工程中得到实施应用． 特征模型是根据系统动力学特性和控制性能要 求依照输入相同控制信号产生等价输出信号的原 则建立起来的系统模型它为高阶或者非线性系统 进行低阶化处理提供了理论依据 ［8］．本文提出的基 于最速特征模型 ＰＩＤ控制参数辨识是以特征描述模 型为基础以最快地完成控制的动、静态指标为目 的以惯性特征系统为研究对象的 ＰＩＤ参数辨识算 法它为该类工业控制 ＰＩＤ参数的整定提供了一种 新的解决方案． 1 特征描述模型的辨识方法 通常认为：ＰＩＤ控制器的设计不需要被控对象 DOI :10．13374／j．issn1001－053x．2010．10．024