自耦PID 控制器

曾喆昭 刘文珏

半个多世纪以来,经典控制理论(控制论)与现代控制理论(模型论)独立发展,形成了各自的方法论体系.在实际控制工程中,控制目标与被控对象实际行为之间的误差是容易获取的,也是能够适当加以处理的,因而“基于误差来消除误差”的控制策略的原形:比例–积分–微分(Proportional-integral-dif ferential,PID)控制器在实际工业控制领域获得了广泛应用[1−6].对于实际控制工程问题,通常难以给出其内部机理的精确描述,因而基于数学模型的现代控制理论给出的控制策略,在实际控制工程领域难以获得有效应用,这就是控制工程实践与控制理论之间延续了半个多世纪而难以获得很好解决的脱节现象[7−9].经典控制理论的精髓就是根据被控对象的实际值与期望值(控制目标)之间的偏差来形成控制策略,只要合理选择PID控制器的增益参数使闭环系统稳定就能够实现控制目标,这正是经典PID控制方法获得广泛应用的根本原因.然而,科学技术的发展对控制器的控制精度、响应速度和鲁棒稳定性提出了更高的要求,导致传统PID控制器的缺点也逐渐展现出来[9−10]:尽管传统PID控制系统能够保证闭环系统稳定,然而,闭环控制系统的动态品质对PID增益参数的变化敏感.正是这个缺点导致了快速性和超调之间不可调和的矛盾[10],因此,当系统运行工况发生变化时,控制器增益也需要随之变化,因而各种改进型PID控制方法应运而生.在对PID参数进行在线整定的过程……