一种基于干扰补偿器的PID参数调节方法技术

该发明专利技术公开了一种基于干扰补偿器的PID参数调节方法,属于PID控制领域，特别是涉及PID控制的参数调节方法。该方法为建立系统闭环调节回路；该系统闭环调节回路包括：控制输入、被控对象、控制输出；其中控制输入包括：参考控制信号、PID反馈控制器，控制输出表示被控对象的实际状态，PID反馈控制器根据参考控制信号控制被控对象的实际状态。具有在虚拟比例增益kp和虚拟微分增益kd一定的条件下，PID控制器输出状态随虚拟滤波常数T的改变线性相关的效果，本发明专利技术不仅显著节省了调参时间，而且大幅提升了控制的效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于PID(比例-积分-微分)控制领域，特别是涉及PID控制的参数调节方法。
技术介绍
比例-积分-微分(PID)控制器广泛应用于运动体控制和过程控制等领域。典型的PID控制器形式如下： u ( t ) = K P e ( t ) + K I ∫ 0 t e ( τ ) d τ + K D d e ( t ) d t ]]>其中，u(t)是控制器输出，e(t)是误差变量，0≤τ≤t,KP是比例是增益，KI是积分增益，KD是微分增益。PID控制器参数整定的任务是选定合适的控制参数KP，KI，KD。经典控制理论揭示:积分控制的使用能够抑制外部干扰对系统的影响；特别地，与PD控制方案相比，引入积分控制有望获得稳态幅值小的误差e(t)。然而，只增大积分控制增益KI(即不改变KP和KD的值)，并不能一定能保证误差e(t)的稳态幅值小，过大的积分增益甚至有可能导致误差e(t)的发散，即e(t)的幅值趋近于无穷大。这种现象的本质原因是：e(t)的稳态幅值不是积分增益ki的单调递减函数，与KP，KI，KD三个参数都有关系。在实际工程应用中，PID参数整定有两种典型的方法：手动法和自动法。自动法需要知道被控对象较准确的数学模型，而手动法无此要求。手动PID参数整定方法有经验法和Z-N参数整定法。其中，经验法实际上是试凑方法，根据实际响应效果，反复调节KP，KI，KD这三个参数，最终获得可接受的效果。Z-N参数整定法依赖于对已有的理论和调节人员经验，也不依赖于被控对象的数学模型。经验法调节参数耗时长，且效果对操作人员的实际经验依赖性强。Z-N整定法在设定点响应中有很强的震荡，此外超调量也较大。针对上述PID调参工作的繁琐、复杂和不确定性，本专利技术提出一种基于干扰补偿器的PID参数调节方法
技术实现思路
本专利技术的目的在于改进目前提出的PID参数调节方法的不足，设计一种将PID控制器视为PD控制器与干扰补偿器组合的参数整定方法；该方法不仅清晰地确定了保证误差信号有界的PID控制参数条件，设计一种简单有效的减小误差稳态幅值的参数调节方法。本专利技术技术方案是一种基于干扰补偿器的PID参数调节方法，该方法为建立系统闭环调节回路；该系统闭环调节回路包括：控制输入、被控对象、控制输出；其中控制输入包括：参考控制信号、PID反馈控制器，控制输出表示被控对象的实际状态，PID反馈控制器根据参考控制信号控制被控对象的实际状态；其特征在于所述PID反馈控制器的控制方法为：步骤1：将传统PID控制方法中的比例增益KP、积分增益KI、微分增益KD分别表示为： K P = k p + k d T , K D = k d + 1 T , K I = k p T ]]>其中kp表示虚拟比例增益，kd表示虚拟微分增益，T表示虚拟滤波常数；步骤2：根据实际情况设定kp和kd的值；步骤3：通过依次调节T获得KP、KI、KD；步骤4：将所得到的KP、KI、KD应用到PID控制器中。进一步的，在四旋翼定高过程中，对四旋翼的高度控制设计PID控制器，采用本专利技术基于干扰补偿器的PID参数调节方法来调节四旋翼的高度PID控制器参数：S1：在四旋翼飞行控制系统中添加高度控制环，输入为设定的高度，反馈为气压计和加速度及融合的高度信息，输出为高度控制输出量；S2：将传统PID控制方法中的比例增益KP、积分增益KI、微分增益KD分别表示为： K P = k p + k d T , K D = k d + 1 T , K I = k p T ]]>kp表示虚拟比例增益，kd表示虚拟微分增益，T表示虚拟滤波常数；S3：根据实际情况设定kp和kd的值，kp和kd初试值设为1，控制效果由T决定；S4：根据飞信该效果判断是否达到了控制要求；T的初始值设为10，当高度稳态误差在设定的高度上浮动明显时，逐步减少T值；根据kp、kd和T值，确定比例增益KP、积分增益KI、微分增益KD，应用到PID控制器中；随着T值减小，高度稳态误差逐步减小。本专利技术是一种基于干扰补偿器的PID参数调节方法，具有在虚拟比例增益kp和虚拟微分增益kd一定的条件下，PID控制器输出状态随虚拟滤波常数T的改变线性相关的效果，本专利技术不仅显著节省了调参时间，而且大幅提升了控制的效果。附图说明图1为PD控制器和干扰估计器示意图，控制对象是二阶模型；图2为Matlab\\Simulink 2014a仿真中有限带宽白噪声条件下的仿真结果；图3为四旋翼飞行器5米高度控制实验中的实验结果；图4为四旋翼飞行器10米高度控制实验中的实验结果。具体实施方式本专利技术的目的在于克服常规PID参数调节方法的不足，设计出一种将PID控制器视为PD控制器与干扰补偿器的参数调节方法。下面以受扰双积分模型的PID控制问题为例，阐述这种PID参数整定方法。考虑如下的双积分模型 r ·· ( t ) = μ ( t ) - d ( t ) ]]>和误差定义e(t)＝rd(t)-r(t)其中，r(t)是状态,表示r(t)的二次微分，μ(t)是控制输入，d(t)是干扰输入，rd(t)是参考信号。对于上述的双积分模型，标准的PID控制器形式如下: μ ( t ) 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于干扰补偿器的PID参数调节方法，该方法为建立系统闭环调节回路；该系统闭环调节回路包括：控制输入、被控对象、控制输出；其中控制输入包括：参考控制信号、PID反馈控制器，控制输出表示被控对象的实际状态，PID反馈控制器根据参考控制信号控制被控对象的实际状态；其特征在于所述PID反馈控制器的控制方法为：步骤1：将传统PID控制方法中的比例增益KP、积分增益KI、微分增益KD分别表示为：KP=kp+kdT,KD=kd+1T,KI=kpT]]>其中kp表示虚拟比例增益，kd表示虚拟微分增益，T表示虚拟滤波常数；步骤2：根据实际情况设定kp和kd的值；步骤3：通过依次调节T获得KP、KI、KD；步骤4：将所得到的KP、KI、KD应用到PID控制器中。

【技术特征摘要】
1.一种基于干扰补偿器的PID参数调节方法，该方法为建立系统闭环调节回路；该系统闭环调节回路包括：控制输入、被控对象、控制输出；其中控制输入包括：参考控制信号、PID反馈控制器，控制输出表示被控对象的实际状态，PID反馈控制器根据参考控制信号控制被控对象的实际状态；其特征在于所述PID反馈控制器的控制方法为：步骤1：将传统PID控制方法中的比例增益KP、积分增益KI、微分增益KD分别表示为： K P = k p + k d T , K D = k d + 1 T , K I = k p T ]]>其中kp表示虚拟比例增益，kd表示虚拟微分增益，T表示虚拟滤波常数；步骤2：根据实际情况设定kp和kd的值；步骤3：通过依次调节T获得KP、KI、KD；步骤4：将所得到的KP、KI、KD应用到PID控制器中。2.如权利要求1所述的一种基于干扰补偿器的PID参数调节方法，其特征在于将该方法应用于四旋翼定高过程中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱波，薛白，王强，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51