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科普 | 植保無人機技術小知識

點擊次數(shù):3341 更新時間:2021-04-26

為控制系統(tǒng)安排過渡過程
 
  關于ADRC控制器,韓老師在前言中如是說:凡是能用常規(guī)PID的場合,只要能夠數(shù)字化,采用自抗擾控制器就會使其控制品質和控制精度有根本的提高,尤其是在惡劣環(huán)境中要求實現(xiàn)高速高精度的場合,自抗擾控制技術更能顯示出其*性。
 
  理論的研究是為了服務于工程,太過復雜的控制理論、深奧的數(shù)學公式都使控制工程師放棄使用,轉而使用較簡單的PID控制,所以至今PID控制還占據(jù)著大量的控制應用中。
 
  01   什么是PID控制
 
  PID控制器(比例-積分-微分控制器)是一個在工業(yè)控制應用中常見的反饋回路部件,由比例單元P、積分單元I和微分單元D組成。PID控制的基礎是比例控制;積分控制可消除穩(wěn)態(tài)誤差,但可能增加超調;微分控制可加快大慣性系統(tǒng)響應速度以及減弱超調趨勢。
 
  02   PID控制的優(yōu)缺點
 
優(yōu)點
 
  1、無需知道系統(tǒng)模型;
 
  2、結構簡單,調參容易。
 
  所以對于精度和速度要求不高的工程控制已經(jīng)綽綽有余。
 
  但在工程控制的發(fā)展中,PID控制也暴露出它的不足。半個多世紀以來,為改進PID的缺點,控制理論的發(fā)展出現(xiàn)了兩種不同路線:一種是把的信號處理技術和數(shù)字化方法融合在PID框架中以提高其性能,如自校正PID、智能PID、模糊PID、專家PID等;另一種是認為單靠系統(tǒng)輸入輸出信息而不靠系統(tǒng)內部狀態(tài)變量信息是導致PID缺點的根本原因,于是發(fā)展了依靠對象狀態(tài)變量來決定狀態(tài)反饋控制策略的現(xiàn)代控制理論。
 
  缺點
 
  1、PID穩(wěn)定裕度不小,但是具有好的動態(tài)品質的裕度不大,閉環(huán)動態(tài)品質對PID參數(shù)的變化太敏感;
 
  2、快速性和超調之間的矛盾;
 
  3、線性微分器在滯后特性與抗干擾特性上存在矛盾,人們找不到適合的微分器,所以常常只使用PI控制;
 
  4、PID三者的線性組合沒有充分利用誤差信息;
 
  5、積分飽和問題,積分作用消除了誤差,但帶來對實時變化跟蹤的遲滯。
 
  03   安排過渡過程
 
階躍信號可以安排為這樣的過渡過程:
 
  系統(tǒng)對階躍響應的過渡過程特性是與系統(tǒng)的階數(shù)密切相關。如,一階系統(tǒng)有非零初始斜率,二階系統(tǒng)有非零初始加速度。
 
  于是安排一階系統(tǒng)的速度函數(shù)為:
 
安排二階系統(tǒng)的加速度函數(shù)為:
 
  加速度積分和為0,保證速度在積分結束之后回到0。同理,三階、四階的過渡函數(shù)積分也為0。
 
  簡單直接安排過渡過程的方法就是求解傳遞關系式:
 
以n=4為例
 
仿真結果如下:
 
仿真表明,安排了過渡過程之后:
 
  1、由于“誤差”本身很小,PID增益可以取比較大的值;
 
  2、保證過渡品質的PID增益允許范圍很大;
 
  3、對給定的PID增益來說,它能控制的對象范圍很大。

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