[发明专利]基于数据驱动的时滞系统PID控制器镇定方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种用于工业过程控制技术领域的方法，具体是一种基于数据驱动的时滞系统PID控制器镇定方法。

背景技术

工业生产过程中广泛地存在着时滞现象，时滞的存在使得被控量不能及时地反映系统所承受的扰动，从而产生明显的超调，导致控制系统的稳定性变差，调节时间延长，对控制系统的性能产生不良的影响，甚至造成系统的不稳定，对系统的设计和控制增加了很大的困难。因此，针对时滞过程的控制方法一直是控制领域研究的重要课题。

近几十年来，已有许多学者对时滞系统的稳定性和控制问题进了广泛而深入的研究，取得了一些重要的研究成果，但目前对于该领域的理论和工程实践研究仍有许多问题尚未完全解决，尤其是理论研究与工程实践的脱节问题。虽然以H₂和H_∞为代表的现代控制理论，在时滞系统控制的理论研究方面取得了一些成果，但是这些成果在用于工业过程控制时有其本身的局限性，如对于线性时滞系统，利用这些方法所得到的最优控制器均为真有理结构，而且往往阶次较高，一般与被控对象的阶次相同，甚至更高，故控制器的实现成本很高，很难在工业现场使用。因此，尽管许多现代控制方法不断推出，但在实际工业过程中，PID控制器因其结构简单、阶次低、适用范围广、具有鲁棒性等优点，仍被广泛应用于化工、冶金、机械、热工和轻工等工业过程控制系统中。在工业过程控制中，95％以上的控制回路都是设计PID控制器进行控制的。

目前，大多数PID控制方法是基于描述实际控制对象的数学模型，而所获得的数学模型与相应的实际系统之间不可避免地存在模型误差，这就导致较差的控制性能，甚至使得在仿真实验中能镇定被控对象模型的PID控制器在应用于相应的实际系统时无法保证系统的稳定性。

关于基于数据驱动的不依赖被控对象模型的PID控制器设计方法目前还较少，最为代表的是Ziegler-Nichols特性法。但对于复杂的系统，Ziegler-Nichols特性法无法获得良好的控制效果，这主要是由于Ziegler-Nichols特性法是基于临界频率响应数据得到PID控制参数的，未能考虑影响控制性能的其它频域响应数据。保证闭环控制系统稳定是PID控制器设计和整定的最基本要求。故不依赖于被控时滞对象模型，仅基于其输入输出数据确定能够镇定闭环控制系统的所有PID控制参数（即PID控制参数的稳定集）就显得尤为重要。只要在所获得的PID控制参数稳定集中选取控制参数，均能保证系统是稳定的，从而实现PID控制器对无模型被控对象的镇定。若基于具有时滞的被控对象的输入输出数据，能够直接给出镇定被控对象的PID控制器稳定域，还可进一步设计满足不同性能指标要求的PID控制器，即满意PID控制器。