4.1 引言
实际的工业生产领域中,我们所面临的绝大部分被控对象的参数往往是不确定的,由于辨识误差不可避免性,以及被控对象参数值会在不同程度上产生漂移,设计PID控制器参数,使闭环区间系统亦能稳定,是非常有必要的。
在3.5节中,我们讨论了广义Kharitonov定理,正如定理阐述的结论,对于低阶的PID控制器,区间多项式族是否具有稳定性,可完全由16个Kharitonov顶点分子分母多项式的稳定性来判定。我们考虑一个区间被控对象,多项式最高指数为三次,其表达式为:
根据广义Kharitonov定理,我们可相应地写出 所对应的16个顶点分子分母多项式:
那么,对于 的稳定性判定问题,即可转化为对于上述16个Kharitonov顶点分子、分母多项式稳定性判定的问题。由此可知,对区间对象稳定性的判定,以广义Kharitonov定理为依据,可转化为对于确定对象稳定性的判定:只要保证PID控制器参数能镇定上述16个Kharitonov顶点分子、分母多项式,即可保证PID参数能镇定区间系统 。
4.2 PID参数稳定三文空间确定的步骤
对于区间被控对象 ,PID参数稳定三文空间可由以下三步确定:
1)由广义Kharitonov定理,可将 分解为 个确定分子、分母多项式子集,在确定 稳定范围时,可先确定出每个分子、分母多项式的 稳定范围 ,由文献[16]可知, ,得出 的 稳定范围。
2)在此 稳定范围中,取出一个 ,计算分子、分母多项式所对应的 二文稳定平面: 、 、 … 。由文献[16]可知:
3)在 范围内遍历所有 值,即可获得区间系统的PID参数三文稳定空间。
4.3 分母确定,分子为区间多项式
例6: , ,确定PID控制器参数稳定域三文空间。
1)由广义Kharitonov定理可知, 可分解为如下两个顶点分子、分母多项式:
,
2)分别找出 、 的 稳定范围 、 。
逆Nyquist曲线图如下:
图4.1 逆Nyquist曲线图
由图4.1可知, :(-0.20,0.2052)。
逆Nyquist曲线图如下:
图4.2 逆Nyquist曲线图
由图4.2可知, :(-0.3333,0.3483)。
3)所以, = =(-0.20,0.2052),以0.04为间隔,遍历 :
=[-0.20,-0.16,-0.12,-0.08,-0.04,0,0.04,0.08,0.12,0.16,0.20]。
4)通过在稳定域内遍历 ,对于 ,可确定PID控制器参数的三文稳定空间,如图4.9所示:
图4.3 PID控制器参数三文稳定空间
例7: , 、 ,确定PID控制器参数稳定域三文空间。
1)由广义Kharitonov定理可知, 可分解为如下两个顶点分子、分母多项式:
,
2)分别找出 、 的 稳定范围 、 。
逆Nyquist曲线图如下:
图4.4 逆Nyquist曲线图
的增益 的稳定范围为(-0.09999,0.1046).
逆Nyquist曲线图如下:
图4.5 逆Nyquist曲线图
的 稳定范围为:(-0.3333,0.3483)
3)所以, (-0.09999,0.1046),以0.02为间隔
遍历 =[0.08,0.06,0.04,0.02,0,-0.02,-0.04,-0.06,-0.08]
4)通过在稳定域内遍历 ,得到 与 稳定区域交集,则对于 , 、 ,可确定PID控制器参数的三文稳定空间,
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