智慧型PI控制

智慧型PI控制是一種新型的控制方法，具有較強的自適應能力，它解決了傳統PI控制以不變的模式和參數來處理變化多端的動態過程的不足之處。

基本介紹

• 中文名：智慧型PI控制
• 外文名：Intelligent PI control
• 實質：新型的控制方法
• 優點：較強的自適應能力
• PI 控制缺點：以不變的模式參數來處理動態過程
• 套用領域：電氣工程、控制科學、儀器科學

簡介

智慧型PI控制

傳統PI調節器具有結構簡單、穩態無靜差等優點，但傳統PI控制不足之處在於以不變的模式和參數來處理變化多端的動態過程，因此很難解決平穩性、快速性和準確性之間的矛盾。

智慧型PI控制是一種新型的控制方法，具有較強的自適應能力。

智慧型PI控制器

PID控制器以其結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便而在工業控制中廣泛套用。PID控制器的設計關鍵是如何選擇比例、積分、微分係數。傳統的PID控制器中這些參數一經設定後不再改變，在干擾較小時，PID控制系統能保持良好的平穩性，一旦干擾突變，出現超調時，系統不能迅速恢復平衡狀態。

針對傳統的PID控制器存在的缺陷，智慧型PI控制器能根據系統的運行狀況動態改變控制器的結構與參數，較好的解決了傳統PID控制中系統運行的平穩性、快速性和準確性之間的矛盾，使控制器在複雜、動態和不確定的系統中也能取得較好的控制效果。

智慧型PI控制器

結構與數學模型

智慧型PI控制器的結構如圖所示．

智慧型PI控制器結構圖

設計智慧型PI控制算法的數學模型為

其中u(k)，e(k)，k_p(k)，k_i(k)分別表示離散化的第k次採樣時刻的控制器輸出值、誤差值、比例係數、積分係數；e(k-1)，k_p(k-1)，k_i(k-1)分別表示離散化的第k-1次採樣時刻的誤差值、比例係數、積分係數。

參數調整規則

智慧型PI控制器參數調整的原則是：在大偏差或偏差呈增大的趨勢時，儘快消除偏差，提高系統快速性，當偏差較小且偏差呈減小的趨勢時，追求系統的平穩性，避免或減小反向超調。

快速智慧型PI控制器(RIP)

時間最優控制器

對於給定的線性定常系統：

確定滿足約束條件:

的控制作用u(t),使系統(1)在最短的時間內從初始狀態x(0)轉移到狀態x(t)，對於伺服系統，也就是使其輸出最快地跟隨設定值：對於調節系統，就是使系統狀態最快地轉移到平衡點。時間最優控制的控制作用呈現出明顯的繼電特性，具有三個特點：(1)控制作用要么取最大值，要么取最小值；(2控制作用只需要進行有限次的切換，即可以實現控制目的：(3)切換隻在系統狀態到達切換面(線)時發生。

快速智慧型PI控制器

快速智慧型PI控制器將時同最優控制基本原理與PI控制相結合，在大偏差階段採用時間最優控制，在小偏差階段和接近設定值階段採用智慧型積分PI控制。因此，RIPI是一種基於規則的智慧型控制器。

RIPI避免了時間最優控制器設計時切換線(面)的求取，而是直接根據系統的動態回響狀態確定是否進行控制作用的切換；而且，在兩種繼電狀態(u_max,u_min)之間增加PI控制過渡環節，使切換相對平穩；在小偏差階段，控制器運行於Pl控制方式。這樣，RIPI綜合了時間最優控制和PI控制二者的優點，系統動態回響既有較快的速度，又使控制器具有較強的魯棒性，對象參數在一定範圍的變化不再使性能下降太多。