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基于期望系統的PID頻域逼近設計
DOI:
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作者:
作者單位:

河海大學(xué) 物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院

作者簡(jiǎn)介:

通訊作者:

中圖分類(lèi)號:

TP13

基金項目:

江蘇省自然科學(xué)基金(BK20181157)


Desired System Based Approximation in Frequency Domain for PID Design
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    摘要:

    為了能在時(shí)域和頻域同時(shí)具有期望的系統性能,提出了一種基于期望系統的頻域逼近設計方法:在開(kāi)環(huán)幅相頻率特性的低頻段,待設計系統頻率特性模型的實(shí)部與虛部分別逼近期望開(kāi)環(huán)頻率特性模型的實(shí)部與虛部,從而得到PID控制器的比例增益Kp和積分增益Ki;在開(kāi)環(huán)幅相頻率特性的中頻段,以高于期望穩定裕度的幅值條件,獲得微分增益Kd的置信區間,從而確保PID控制系統的穩定性。純滯后系統和非最小相位系統的仿真研究表明,該方法能夠獲得與期望系統更近的時(shí)域跟蹤性能以及不低于期望系統的頻域穩定裕度;同時(shí),與其它三種PID設計方法進(jìn)行了頻域性能對比和時(shí)域階躍響應測試,結果表明所提出的PID設計方法能夠獲得更好的性能指標。液位控制實(shí)驗顯示:采用所提出的方法可以實(shí)現超調量為0,系統響應速度為被控對象開(kāi)環(huán)響應的的4~5倍。

    Abstract:

    In order to have the desired performance both in time domain and frequency domain, an approximation method based on a desired system in frequency domain is proposed. In the low frequency band of the open-loop amplitude-phase frequency curve, the real part and the imaginary part of the system to be designed respectively approximate to those of the desired one such that the proportional gain Kp and the integral gain Ki of the PID controller can be obtained. In the mid-band of frequency, the confidence interval of the differential gain Kd is calculated by expecting a higher gain margin than the desired one which ensures the stability of the closed-loop system. The simulations for time-delay system and non-minimum phase system show that the proposed method out-performers the others in set-point tracking. Meanwhile, the comparison to the other three kinds of PID design methods in frequency-domain performance and step response demonstrates that the proposed PID controller outperforms the others. The resulted stability margin by the proposed method is not less than the desired one. The experiment of water level control demonstrates that the proposed system can have zero overshoot or 5 time faster than the open loop system response.

    參考文獻
    相似文獻
    引證文獻
引用本文

楊啟文,張孜文,曾韻之,薛云燦.基于期望系統的PID頻域逼近設計計算機測量與控制[J].,2020,28(2):97-102.

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歷史
  • 收稿日期:2019-11-19
  • 最后修改日期:2019-12-15
  • 錄用日期:2019-12-16
  • 在線(xiàn)發(fā)布日期: 2020-02-24
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