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科普 | 植保無(wú)人機(jī)技術(shù)小知識(shí)

點(diǎn)擊次數(shù):3167 更新時(shí)間:2021-04-26

為控制系統(tǒng)安排過(guò)渡過(guò)程
 
  關(guān)于ADRC控制器,韓老師在前言中如是說(shuō):凡是能用常規(guī)PID的場(chǎng)合,只要能夠數(shù)字化,采用自抗擾控制器就會(huì)使其控制品質(zhì)和控制精度有根本的提高,尤其是在惡劣環(huán)境中要求實(shí)現(xiàn)高速高精度的場(chǎng)合,自抗擾控制技術(shù)更能顯示出其*性。
 
  理論的研究是為了服務(wù)于工程,太過(guò)復(fù)雜的控制理論、深?yuàn)W的數(shù)學(xué)公式都使控制工程師放棄使用,轉(zhuǎn)而使用較簡(jiǎn)單的PID控制,所以至今PID控制還占據(jù)著大量的控制應(yīng)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(gè)在工業(yè)控制應(yīng)用中常見(jiàn)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(chǔ)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(diào);微分控制可加快大慣性系統(tǒng)響應(yīng)速度以及減弱超調(diào)趨勢(shì)。
 
  02   PID控制的優(yōu)缺點(diǎn)
 
優(yōu)點(diǎn)
 
  1、無(wú)需知道系統(tǒng)模型;
 
  2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,調(diào)參容易。
 
  所以對(duì)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(gè)多世紀(jì)以來(lái),為改進(jìn)PID的缺點(diǎn),控制理論的發(fā)展出現(xiàn)了兩種不同路線(xiàn):一種是把的信號(hào)處理技術(shù)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(zhuān)家PID等;另一種是認(rèn)為單靠系統(tǒng)輸入輸出信息而不靠系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)變量信息是導(dǎo)致PID缺點(diǎn)的根本原因,于是發(fā)展了依靠對(duì)象狀態(tài)變量來(lái)決定狀態(tài)反饋控制策略的現(xiàn)代控制理論。
 
  缺點(diǎn)
 
  1、PID穩(wěn)定裕度不小,但是具有好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)的裕度不大,閉環(huán)動(dòng)態(tài)品質(zhì)對(duì)PID參數(shù)的變化太敏感;
 
  2、快速性和超調(diào)之間的矛盾;
 
  3、線(xiàn)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(xiàn)性組合沒(méi)有充分利用誤差信息;
 
  5、積分飽和問(wèn)題,積分作用消除了誤差,但帶來(lái)對(duì)實(shí)時(shí)變化跟蹤的遲滯。
 
  03   安排過(guò)渡過(guò)程
 
階躍信號(hào)可以安排為這樣的過(guò)渡過(guò)程:
 
  系統(tǒng)對(duì)階躍響應(yīng)的過(guò)渡過(guò)程特性是與系統(tǒng)的階數(shù)密切相關(guān)。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(jié)束之后回到0。同理,三階、四階的過(guò)渡函數(shù)積分也為0。
 
  簡(jiǎn)單直接安排過(guò)渡過(guò)程的方法就是求解傳遞關(guān)系式:
 
以n=4為例
 
仿真結(jié)果如下:
 
仿真表明,安排了過(guò)渡過(guò)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(guò)渡品質(zhì)的PID增益允許范圍很大;
 
  3、對(duì)給定的PID增益來(lái)說(shuō),它能控制的對(duì)象范圍很大。