[发明专利]使用广义同质性来改进PID控制命令

说明书

公开了一种用于对要以数值方式控制的系统进行伺服控制的数值控制装置，所述数值控制装置在离散时间步长中使用在每个时间步长处作为输入接收到的误差向量操作，所述数值控制装置包括：‑存储器，所述存储器被布置成接收控制参数数据，所述控制参数数据包括选自[‑1；0]范围的同质性因子、与所述要被控制的系统相关的反馈增益矩阵、扩张生成器矩阵、限定同质规范范数的李雅普诺夫矩阵(Lyapunov matrix)、下限、上限以及所述要被控制的系统特有的比例系数、微分系数和积分系数；‑估计器，所述估计器被布置成基于以下确定当前时间步长的同质规范范数值范围：先前时间步长的估计范围、所述当前时间步长的所述误差向量、所述扩张生成器矩阵、所述李雅普诺夫矩阵、限定第一时间步长的估计范围的所述下限和所述上限；‑计算机，所述计算机被布置成基于以下两者之和返回对所述要被控制的系统的针对所述当前时间步长的控制命令：所述当前时间步长的所述误差向量乘以根据所述反馈增益矩阵、当前时间步长的所述同质规范范数值范围、所述比例系数、所述微分系数和所述扩张生成器矩阵计算的因子的乘积；以及表示组合所述积分系数、所述扩张生成器矩阵、所有所述时间步长的所述同质规范范数值范围和所述误差向量的乘积在所述第一时间步长与所述当前时间步长之间的积分的值。

技术领域

本发明涉及用于控制系统的控制器领域，并且更具体地涉及PID(比例-积分-微分)类型的控制器。值的控制涉及实时测量此值的实际值与要达到的设定点之间的差异(称为误差)。然后控制器将传递函数应用于此误差。此传递函数的结果形成了用于减少设定点与要控制的值的实际值之间的误差的控制。

背景技术

PID控制器的特征在于操作规律包括比例项、微分项和积分项，因此得名。PID控制器是线性的，也就是说它们的传递函数是线性函数。线性PID控制器的调整需要调整三个系数来调整此PID控制器，这使得线性PID控制器易于实施。利用经良好调整的线性PID控制器进行的控制是稳健的(即，抗干扰)、快速的(即，响应时间短)和精确的(即，渐近误差基本上为零)。与PID控制器调整的简单性相关联的这些品质使它们成为行业中最常用的控制器。

因此，例如，几乎所有四轴飞行器无人机都由线性PID控制器控制。PID控制器对于在无人机水平位置周围具有低俯仰和滚动扰动的模型的背景下控制无人机非常有效。这种类型的模型的非线性效应相对较弱，并且可以作为不确定性处理并且通过控制器的调整最小化，例如通过使用H无穷大准则。

然而，线性PID控制器并不完美，并且需要性能更好的控制器。

滑动模式控制或SMC类型的非线性控制器是已知的，如以下文章中所描述的：Xu,R.和Ozguner,U.(2006,12月)“四旋翼飞行器直升机的滑模控制(Sliding mode controlof a quadrotor helicopter)”,于《第45届IEEE决策与控制会议论文集(Proceedings ofthe 45th IEEE Conference on Decision and Control)》(第4957-4962页)中.IEEE。

以下文章：Lee,D.、Kim,H.J.和Sastry,S.(2009),“四旋翼飞行器直升机的反馈线性化对自适应滑模控制(Feedback linearization vs.adaptive sliding mode controlfor a quadrotor helicopter)”,《国际控制、自动化与系统杂志(International Journalof control,Automation and systems)》,7(3),419-428比较了SMC类型的控制器与具有反馈线性化或FLM(反馈线性化方法)类型的控制器之间的性能。