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基于可拓控制算法的改进与仿真研究
来源:本站整理  作者:佚名  2009-07-17 09:48:47



  (1)测度模式M1。经典控制域在完全可控的范围内,而可拓控制主要是在可拓域内发挥作用,因此在此范围内采用PID控制算法,旨在补偿经典域内可拓控制效果不理想的缺点。此时,控制器的输出如下:

   
其中:e(t),u(t)分别为PID控制器的输入和输出;KP,KI,KD三个参数的整定采用Ziegler一Nichols方法。为方便起见,此时记u(t)=u(PID)。
    (2)测度模式M2。采用改进的可拓控制算法,控制器的输出为:

    u(t)=y(t)/k一K(s)psgn(e)+D(s)sgn(e)
其中:u(t),u(t一1)分别为控制器当前时刻和前一时刻的输出;y(t)为当前时刻被控量的采样值;k为过程的静态增益;Kci为第M2i个测度模式的控制系数;K(s)为特征状态S的关联度;D(s)为状态距;户为修正因数;sgn(e)为偏差的符号函数,与上述取法相同。
    (3)测度模式M3测度模式M3对应的特征状态较大地偏离经典域,处于非域范围内,此时控制器的输出取幅值。
    综上所述,可拓控制器的输出算法如下:

   

2 可拓控制算法的仿真研究
   
在该仿真部分,将采用相应的线性对象、延迟对象和非线性对象对改进的可拓控制算法进行仿真试验,并与传统的可拓控制算法和PID控制算法进行比较。其中,PID控制参数的选取均采用Ziegler-Nichols方法整定后的参数,输入信号为单位阶跃信号,仿真时间为500 s。
2.1 线性对象
   
取线性对象的传递函数为:G(s)=1/(10s+1)4,则控制效果如图3所示。

    图3中,PID表示PID控制输出,EC表示传统的可拓控制算法输出,IEc表示改进后的可拓控制算法输出。
    由图3中曲线可知,在误差允许范围内,PID控制、EC和IEC均能收敛,从而达到较满意的控制效果。与其他两种控制方法相比,IEC不但能更快地收敛于稳定值,而且超调量也比较小。
2.2 延迟对象
    取延迟对象传递函数为:G(s)=e-10s/(5s+1)4,则控制效果如图4所示。

    由4图中曲线可知,在误差允许范围内,PID控制、EC和IEC均能收敛从而达到较满意的控制效果。与PID控制相比,IEC能更快地收敛于稳定值;与EC相比,除了能更快地收敛外,IEC的波动较小、超调量几乎为0。
2.3 非线性对象
    取非线性对象为开环传递函数G(s)=1/(10s+1)4的单位反馈输出的平方,控制效果如图5所示。

    由图5中曲线可知,在误差允许范围内,PID控制、EC和IEc均能收敛从而达到较满意的控制效果。与PID控制相比,IEc能更快地收敛于稳定值;与EC相比,除了能更快的收敛外,IEc的波动和超调量均较小。

3 结 语
    从仿真研究来看,改进的可拓控制算法具有参数整定简单、响应快速且稳定等特点。并应用于线性对象、延迟对象和非线性对象进行仿真研究,验证该算法的可行性和有效性。结果证明了可拓控制具有良好的控制品质和较好的自学习能力,有较好的发展前景。

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