二自由度PID課件

二自由度PID算法(2DOF-PID)

2DOF-PID概述一、2DOF-PID的基本概念二、2DOF-PID的特點(diǎn)三、2DOF-PID的研究與應(yīng)用一、2DOF-PID的基本概念常規(guī)PID控制方案因其良好的控制性能，目前仍然是工業(yè)過(guò)程控制中采用最多的控制形式。由于常規(guī)PID只能設(shè)定一種控制參數(shù)，所以又稱(chēng)為一自由度PID控制(1DOF)。這種方法存在著一定的局限性，只能較好地滿(mǎn)足其中的一種特性，若整定好抗擾性能的參數(shù)值，則系統(tǒng)設(shè)定值的跟隨性能較差，或者按跟隨特性進(jìn)行調(diào)節(jié)器參數(shù)整定，則抗擾動(dòng)性能變差。為了解決這個(gè)問(wèn)題，HorowitzIM在1963年提出了二自由度PID(2DOF)的概念。所謂二自由度PID控制就是對(duì)外擾抑制特性和目標(biāo)跟隨特性?xún)煞N參數(shù)分別獨(dú)立地進(jìn)行調(diào)整，使它們同時(shí)達(dá)到最佳，克服一自由度的缺點(diǎn)，提高系統(tǒng)的控制品質(zhì)。普通PID控制算法方框圖二自由度PID控制算法方框圖從方框圖可推導(dǎo)出，在采用二自由度PID控制算法時(shí)，系統(tǒng)輸出對(duì)給定的響應(yīng)如式4，常規(guī)PID的響應(yīng)如式5：二、2DOF-PID特點(diǎn)1、在式(4)的傳遞函數(shù)中有一項(xiàng)Ga，從式(1)可知，Ga是一個(gè)以

λ為可變參數(shù)的濾波器,該濾波器有以下兩個(gè)作用：①具有低通濾波的效果。λ值的取值范圍是0~1，當(dāng)λ值逐漸增大時(shí),濾波器的低通濾波特性將越來(lái)越強(qiáng)，當(dāng)λ=1時(shí)目標(biāo)濾波器的傳遞函數(shù)變成

，這是一個(gè)典型的一階慣性環(huán)節(jié)，即是一個(gè)典型的低通濾波器。②具有抑制超調(diào)的特性。隨著λ值增大，其抑制超調(diào)的作用將越加明顯，假設(shè)某一控制對(duì)象為二階系統(tǒng)

，T1、T2的值約為20~30s，P=10%，I=15s，d=0。在不同λ值時(shí)對(duì)給定值的階躍響應(yīng)過(guò)渡過(guò)程曲線下圖所示。2、其微分環(huán)節(jié)采用了不完全微分的微分先行所謂不完全微分是指在微分環(huán)節(jié)TdS中加了一個(gè)

的低通濾波器。微分信號(hào)的引入可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性,但可能會(huì)引入高頻干擾,加入了一階慣性環(huán)節(jié)后可有效抑制高頻干擾。比較式（1）和式（2）發(fā)現(xiàn)，二自由度PID算法的分子項(xiàng)中的控制算法為GPI(s)，無(wú)微分作用；而普通PID算法的分子項(xiàng)中的控制算法為(GPI(s)+GD(s)).所謂微分先行是指微分環(huán)節(jié)只對(duì)輸出量進(jìn)行微分而不對(duì)給定值微分,其優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)給定值變化時(shí)（給定值變化通常會(huì)比較劇烈），由于沒(méi)有微分可以避免系統(tǒng)可能產(chǎn)生的振蕩；而當(dāng)輸出發(fā)生變化時(shí)（輸出變化通常比較緩和），由于加入微分可以縮短過(guò)渡過(guò)程，從而改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。綜上所述，二自由度控制算法的核心是其對(duì)給定值的響應(yīng)和對(duì)擾動(dòng)的響應(yīng)采用了不同的控制算法，這也是二自由度名稱(chēng)的由來(lái)。對(duì)于給定值，控制算法是一個(gè)目標(biāo)濾波器加比例積分算法，這樣可以有效抑制超調(diào)；對(duì)于擾動(dòng)，控制算法是一個(gè)采用了不完全微分的比例積分微分算法，這樣可以有效改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。三、2DOF-PID的相關(guān)研究理論研究二自由度PID控制器優(yōu)化設(shè)計(jì)儀器儀表學(xué)報(bào)一種二自由度PID控制器參數(shù)整定方法清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）一種基于粒子群算法的2DOF-PID控制器優(yōu)化設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造神經(jīng)元二自由度PID控制器參數(shù)的MATLAB優(yōu)化福州大學(xué)學(xué)報(bào)一種基于模糊邏輯的二自由度PID的實(shí)現(xiàn)太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)PID控制器參數(shù)整定方法及其應(yīng)用研究浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文基于遺傳算法的系統(tǒng)建模與PID控制方法研究武漢大學(xué)碩士學(xué)位論文實(shí)際應(yīng)用研究二自由度PID的一種工程實(shí)現(xiàn)

西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)基于PLC的二自由度PID控制算法研究及應(yīng)用

計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制交流永磁同步電機(jī)二自由度PID控制電氣傳動(dòng)《二自由度PID的一種工程實(shí)現(xiàn)》采用可編程調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)二自由度PID控制。根據(jù)控制組態(tài)圖編程，在整定好抑制擾動(dòng)為最佳的情況下，進(jìn)行設(shè)定值發(fā)生變化和抗擾動(dòng)性能試驗(yàn)。下圖是常規(guī)PID控制和二自由度PID控制時(shí)系統(tǒng)的跟隨特性和抗擾動(dòng)特性曲線對(duì)比圖，圖中“O”和“*”分別表示常規(guī)PID控制和二自由度PID控制的響應(yīng)曲線?？煽闯鲇枚杂啥萈ID控制能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)的“抗擾性能最佳”（右圖）和“跟隨性能最佳”（左圖），優(yōu)于常規(guī)PID控制?！痘赑LC的二自由度PID控制算法研究及應(yīng)用》采用基于PLC的二自由度PID控制算法在聚合反應(yīng)系統(tǒng)上投運(yùn)，工作正常，控制效果穩(wěn)定可靠，具有很好的實(shí)用和推廣價(jià)值?！督涣饔来磐诫姍C(jī)二自由度PID控制》針對(duì)交流永磁同步電