系統(tǒng)辨識(shí)與自適應(yīng)控制第11章 自正控制(二).ppt

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1、第11章自校正控制（二）11.1極點(diǎn)配置自校正控制11.1.1模型參數(shù)已知時(shí)的極點(diǎn)配置算法設(shè)被控對(duì)象的一般模型為：控制律的一般形式為11.1.2極點(diǎn)配置自校正器下面給出用參數(shù)估計(jì)方法解恒等式的極點(diǎn)配置自校正調(diào)節(jié)器的整個(gè)計(jì)算過程。①獲得N0=max(nA,nB+m)個(gè)時(shí)刻的輸入、輸出數(shù)據(jù)并濾波：⑧產(chǎn)生偽隨機(jī)數(shù)ew(k)，存入ew數(shù)據(jù)區(qū)，并按式(11.1.18)構(gòu)造向量。⑨用遞推最小二乘公式(11.1.19)和(11.1.20)估計(jì)調(diào)節(jié)器參數(shù)(11.1.17)。⑩計(jì)算控制量u(k)及濾波值u′(k)：分別填入u、u′數(shù)據(jù)區(qū)，輸出u(k)。下一個(gè)時(shí)刻到轉(zhuǎn)第③步。11.2自校

2、正PID控制11.2.1概述常規(guī)連續(xù)PID控制的理想化方程為：數(shù)字PID控制的增量型算式：數(shù)字PID控制的脈沖函數(shù)為：11.2.2極點(diǎn)配置自校正PID控制下面討論幾種極點(diǎn)配置自校正PID控制算法。(1)一種基于閉環(huán)特征參數(shù)的極點(diǎn)配置自校正PID控制算法被控過程的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：反饋控制律：①標(biāo)準(zhǔn)增量式PID控制器②使微分項(xiàng)和比例項(xiàng)只對(duì)輸出y有效的增量式PID控制器③考慮上一時(shí)刻控制增量Δu(k-1)的影響，使控制量更加平緩的增量式PID控制器當(dāng)被控對(duì)象模型未知時(shí)，通過估計(jì)被控對(duì)象模型參數(shù)，即可獲得自校正極點(diǎn)配置PID控制器。其步驟為：(a)遞推估計(jì)被控過程模型參數(shù)(b)用替

3、代恒等式(11.2.14)中的A(q-1)和B(q-1)，令恒等式(11.2.14)兩邊q-1同次冪系數(shù)相等，解得(c)用代替式(11.2.11)PID控制器中的α,Kp,Ki和Kd，計(jì)算控制量并輸出；(d)返回(a)，繼續(xù)下一采樣周期，直到結(jié)束。(2)顯式極點(diǎn)配置自校正PID控制算法自適應(yīng)極點(diǎn)配置控制算法式是顯式的，由以下3步組成：(a)在線估計(jì)過程模型參數(shù)ai、bj；(b)由(11.2.17)、(11.2.18)式計(jì)算控制器參數(shù)；(c)由(11.2.6)式確定控制輸出。選擇多項(xiàng)式X(q-1)、S(q-1)和W(q-1)滿足如下設(shè)計(jì)要求：(a)閉環(huán)系統(tǒng)具有漸近伺服跟

4、蹤和調(diào)節(jié)性能，即k→∞時(shí)，(b)控制器具有離散PID控制器的結(jié)構(gòu)；(c)控制器必須能處理未知或時(shí)變純時(shí)延。為了使控制律具有PID控制器的結(jié)構(gòu)，須作如下假設(shè)：(a)被控過程為二階系統(tǒng)加純延時(shí)環(huán)節(jié)構(gòu)成；(b)在靜態(tài)狀態(tài)下有：(c)W(q-1)為一階多項(xiàng)式：W(q-1)=1+w1q-1,考慮到以上假設(shè)，方程式（11.2.29）變?yōu)椋壕C上所述，極點(diǎn)配置自校正PID控制器算法的實(shí)現(xiàn)步驟如下：(a)確定期望的系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)位置,即W(q-1)的系數(shù)；(b)用遞推最小二乘法在線估計(jì)，辨識(shí)系統(tǒng)參數(shù)ai，bi；(c)用估計(jì)參數(shù)代替ai，bi按(11.2.32)式和(11.2.33)式計(jì)算

5、控制器參數(shù)；(d)按(11.2.31)式計(jì)算本次控制量u(k)；(e)回到第(b)步繼續(xù)進(jìn)行下次計(jì)算。(3)隱式極點(diǎn)配置自校正PID控制器控制律為：(4)一種適于非最小相位系統(tǒng)的極點(diǎn)配置自校正PID控制算法11.2.3二自由度自校正PID控制器盡管現(xiàn)已提出的二自由度PID控制器的設(shè)計(jì)方案已有很多，但這些方案的基本出發(fā)點(diǎn)幾乎是一致的。其主要思想可大致歸納為：①為了同時(shí)獲得良好的設(shè)定值跟蹤和抑制外部擾動(dòng)的能力。對(duì)以PID控制器算法為中心的控制器在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改造，典型的是增加設(shè)定值濾波器或其他一些參數(shù)。②為了滿足控制系統(tǒng)性能的設(shè)計(jì)要求，根據(jù)一定的設(shè)計(jì)方法，如部分模型匹配法、參考模

6、型方法等，以及一定的約束條件，如閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)無差性能等，選擇濾波器及其他參數(shù)。③控制器的兩部分參數(shù)，PID控制參數(shù)和濾波器或其他參數(shù)分別確定。閉環(huán)自校正的主要步驟如下：①可辨識(shí)化：在閉環(huán)運(yùn)行條件下辨識(shí)過程特性時(shí)，往往可辨識(shí)條件不一定成立。因此采取能使系統(tǒng)滿足可辨識(shí)條件的有效措施。②在線辨識(shí)：當(dāng)可辨識(shí)條件已經(jīng)成立，根據(jù)最小二乘法及極大似然法等在線參數(shù)辨識(shí)算法，辨識(shí)過程的脈沖傳遞函數(shù)。③傳遞函數(shù)的變換：由辨識(shí)出的過程脈沖傳遞函數(shù)向s域的傳遞函數(shù)變換。這一步特別要算出在設(shè)計(jì)中必需的向s域傳遞函數(shù)變換的低階系數(shù)。④控制參數(shù)的設(shè)計(jì)：由選定的響應(yīng)形狀系數(shù)、采樣周

7、期和變換后的過程傳遞函數(shù)，根據(jù)基于模型匹配的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)控制參數(shù)。圖11.2.1帶設(shè)定值濾波的二自由度數(shù)字PID控制器閉環(huán)自校正原理圖⑤自動(dòng)調(diào)整完成：采取可辨識(shí)化措施一般來說會(huì)降低控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)，因此需要限制辨識(shí)過程所需的最短時(shí)間。在辨識(shí)和判斷了過程的動(dòng)態(tài)特性后，繼續(xù)到第(4)步處理，到結(jié)束時(shí)停止可辨識(shí)化工作，然后用新設(shè)計(jì)的控制參數(shù)繼續(xù)控制。過程模型：控制器：（1）傳遞函數(shù)的變換過程的脈沖傳遞函數(shù)可寫為：階躍響應(yīng)為定義時(shí)間t的m階多項(xiàng)式函數(shù)為PI控制作用時(shí)：PID控制作用時(shí)：（3）系統(tǒng)狀態(tài)控制11.3專家式自