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时滞网络预测pi控制算法鲁棒稳定性分析

东南大学学报（自然科学版） 2007年第1期37卷 159-163页

作者：钱艳平李奇东南大学自动化学院南京210096

针对网络中存在的时滞给主动队列管理算法性能带来的不利影响,将Sm ith预估补偿器与达林算法相结合,提出了一种预测pi控制算法,既利用Sm ith预估器克服了大时滞给系统性能带来的影响,也减少了控制器参数整定数量.利用控制理论分析了该... 详细信息

针对网络中存在的时滞给主动队列管理算法性能带来的不利影响,将Sm ith预估补偿器与达林算法相结合,提出了一种预测pi控制算法,既利用Sm ith预估器克服了大时滞给系统性能带来的影响,也减少了控制器参数整定数量.利用控制理论分析了该算法中Sm ith预估模型与实际对象模型分别存在增益、时间常数和时延失配情况下系统的鲁棒稳定性,并分别给出了保持系统稳定的失配参数条件.理论分析表明,通过适当选择期望闭环传递函数时间常数和预估模型参数,可以使系统获得较强鲁棒性和较快响应速度.仿真试验验证了理论分析的正确性.

关键词：拥塞控制主动队列管理时滞网络预测pi 鲁棒稳定性

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多变量对象的预测pi控制及其工业应用

哈尔滨工业大学学报 2005年第2期37卷 183-186,193页

作者：任正云邵惠鹤张立群上海交通大学自动化系上海200300

针对强耦合、大时滞多变量系统. 首先将系统进行动态解耦,消除系统之间的耦合,然后将解耦对象简化为互相独立的一阶滞后对象,最后运用单变量预测pi控制算法设计这些一阶滞后对象的控制器. 这种控制器结构简单,可调参数少,参数调节方便... 详细信息

针对强耦合、大时滞多变量系统. 首先将系统进行动态解耦,消除系统之间的耦合,然后将解耦对象简化为互相独立的一阶滞后对象,最后运用单变量预测pi控制算法设计这些一阶滞后对象的控制器. 这种控制器结构简单,可调参数少,参数调节方便、直观. 仿真和实际应用表明:此类预测pi控制器具有良好的控制性能和鲁棒稳定性能.

关键词：预测pi 多变量过程动态解耦

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预测pi控制在PLC中的实现及其应用

控制工程 2013年第S1期20卷 170-172页

作者：齐蒙石红瑞东华大学信息科学与技术学院上海201620

详细介绍了预测pi控制算法的原理,该控制器既具有pi控制器的功能,又具有预测控制器的功能,特别适合大时滞系统的控制,而且结构简单,可调参数少。通过使用西门子S7-300可编程序控制器梯形图语言编写程序,开发了相应的模块,实现了预测pi... 详细信息

详细介绍了预测pi控制算法的原理,该控制器既具有pi控制器的功能,又具有预测控制器的功能,特别适合大时滞系统的控制,而且结构简单,可调参数少。通过使用西门子S7-300可编程序控制器梯形图语言编写程序,开发了相应的模块,实现了预测pi控制算法,并将该算法应用于具有较大时滞的双容水箱液位的控制。实验结果表明,预测pi控制策略有较好的控制效果,是一种可以在实际工程中推广运用的新型控制器。

关键词：预测pi PLC S7-300 大时滞对象

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预测pi改进算法研究

预测PI改进算法研究

作者：侯玉桥杭州电子科技大学

学位级别：硕士

在工业过程控制中,时滞现象普遍存在于被控对象中;会导致控制器无法根据被控对象的最新状态实时输出控制量,从而导致系统超调甚至不稳定。预测pi算法是针对时滞系统所提出的一种先进控制理论,通过上一时刻的输出来预测输出下一时间段的... 详细信息

在工业过程控制中,时滞现象普遍存在于被控对象中;会导致控制器无法根据被控对象的最新状态实时输出控制量,从而导致系统超调甚至不稳定。预测pi算法是针对时滞系统所提出的一种先进控制理论,通过上一时刻的输出来预测输出下一时间段的输出。在实际的设计过程中由于其结构简单,参数较少,因此在整定过程中也较为方便。但是在大惯性滞后系统中,系统一旦受到扰动后,再重新达到稳态时花费的时间较长,因此在大惯性系统中预测pi控制器的抗干扰性较弱,而且在一阶惯性时滞系统中系统的响应速度也有待提高。针对上面分析的问题,以预测pi的研究为基础提出了针对动态响应速度和抗干扰性的改进预测pi算法。首先,本文研究传统控制方法在工业过程的应用,并且将时滞系统应用于传统的控制方法,分析不同控制方法在面对时滞系统时的控制效果,并且比较传统控制方法和改进控制方法之间的差异,引出预测pi算法,并结合预测pi在时滞系统中的响应曲线分析其优缺点,提出预测pi算法的改进方案。其次,针对传统预测pi控制器对非自衡对象控制效果不佳的问题,引出了一种双预测pi控制算法,然后在此结构基础之上引入包含双预估器的双预测pi算法,双预估器分别实现对滞后过程的补偿和响应速度的补偿;使其在响应速度上能够有明显的提升。通过改进双预测pi算法和传统控制算法进行仿真实验对比,验证了所提出的改进的双预测pi控制器具有优秀的动态响应性能。最后,从抗干扰能力方面对系统进行改进,首先从Smith原理出发,结合预测pi结构,将预测pi算法与Smith进行等价;得到新的预测pi算法结构。然后结合Smith的完全抗干扰理论,并对Smith的抗干扰理论进行可行性分析,提出一种新的抗干扰的结构;在针对一阶惯性滞后环节为被控对象时,改进抗干扰预测pi对比其他的算法具有明显的优势,即使在模型失配时也能够保持很好的响应效果,验证了改进抗干扰预测pi算法的有效性。

关键词：预测pi Smith 完全抗干扰双预测pi 一阶惯性加滞后

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基于预测pi的热泵干燥温湿度解耦控制研究

控制工程 2024年第12期31卷 2149-2158页

作者：赵海波张静峰吴坤乔玲敏烟台大学海洋学院山东烟台264005 烟台大学土木工程学院山东烟台264005 烟台职业学院汽车与船舶工程系山东烟台264670 烟台艾克伦特新能源科技有限公司山东烟台264005

现有的热泵干燥多侧重于温度控制,不能克服温湿度的耦合作用实现温度与湿度的同时控制,因而提出一种基于预测pi的热泵干燥温湿度解耦控制方法。首先,基于热泵干燥实验数据进行干燥温湿度控制对象的辨识,得到控制对象模型;然后,采用预测... 详细信息

现有的热泵干燥多侧重于温度控制,不能克服温湿度的耦合作用实现温度与湿度的同时控制,因而提出一种基于预测pi的热泵干燥温湿度解耦控制方法。首先,基于热泵干燥实验数据进行干燥温湿度控制对象的辨识,得到控制对象模型;然后,采用预测比例-积分(proportional integral,pi)算法和动态解耦实现热泵干燥温湿度控制;最后,利用Simulink仿真工具对比分析了pi、比例-积分-微分(proportional integral derivative,piD)、史密斯预估器(Smith predictor)和预测pi(predictive proportional integral)的控制性能、抗干扰能力和解耦效果。结果表明,预测pi控制具有超调量小、振荡小、鲁棒性良好和抗干扰能力强的特点,适合于大惯性、大滞后热泵干燥过程的温湿度多参数控制。

关键词：预测pi 热泵干燥解耦控制

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基于继电反馈的自整定预测pi及其在碳纤维生产中的应用

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基于继电反馈的自整定预测PI及其在碳纤维生产中的应用

作者：杨自东华大学

学位级别：硕士

高温碳化炉作为加热炉的一种,其典型特点是存在时滞、非线性、参数时变、系统不确定性以及炉内环境恶劣等问题,严重恶化了碳化炉系统的温度控制过程。为了实现精确、快速、稳定的温度跟踪性能,以碳纤维生产线中的高温碳化炉为研究对象,... 详细信息

高温碳化炉作为加热炉的一种,其典型特点是存在时滞、非线性、参数时变、系统不确定性以及炉内环境恶劣等问题,严重恶化了碳化炉系统的温度控制过程。为了实现精确、快速、稳定的温度跟踪性能,以碳纤维生产线中的高温碳化炉为研究对象,研究碳化炉温度的先进控制系统,主要研究内容和创新点如下:1、本文利用热量守恒定律,建立了温度动力学模型,并将其简化为一阶加纯滞后（FOPDT）模型,又使用基于模型推导的含有滞环的偏置继电反馈系统辨识参数。由于辨识过程未使用Nyquist稳定判据的非线性环节近似且继电器含有滞环和偏置特性,所以此方法相较于传统方法辨识精度高、辨识步骤简单、抗扰动能力强且对于高阶对象也有降阶效果。2、碳化炉具有时滞、非线性等特点,常规piD难以满足控制标准,本文提出了预测pi（Ppi）控制器,该控制器由pi模块和预测模块组成,预测pi控制器具有动态品质好、超调量小、响应速度快、鲁棒性好以及参数整定简单等优点;此外,针对FOPDT模型和积分加纯滞后（IPDT）模型提出了一种新型的piD,该新型piD是预测pi控制器的简化形式,能够近似拥有预测pi的控制效果。3、本文总结了传统控制器的抗积分饱和思想,首次提出了针对预测pi控制器的一系列抗积分饱和策略,其中反馈抑制法依据饱和量来抑制积分项,相比传统的抗积分饱和办法能减小超调量、具有参数少、调参简单、自适应能力高等优点。4、系统响应速度与鲁棒性之间的协调对控制系统有重要的影响,本文提出了一种基于粒子群优化（PSO）的控制参数优化方法,以提高系统响应速度和鲁棒性。与人工调参相比,PSO调参效率更高、控制系统自适应能力更高、鲁棒性更好。此外,PSO方法可按照不同的量化指标来定向调节参数以满足不同系统的要求,这是人工调参不具备的能力。

关键词：碳纤维高温碳化炉继电反馈预测pi 抗积分饱和

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基于预测pi算法的水波跟踪控制系统

基于预测PI算法的水波跟踪控制系统

作者：高俊东华大学

学位级别：硕士

本文以水面探测与激光检测为背景，以某研究所的研究项目为基础，结合预测pi算法及控制器设计等知识，完成水波跟踪控制系统的设计与实现。系统的工作原理如下，激光经过透镜到达平静的水面，被反射到扫描振镜的反射镜上，经过反射镜再... 详细信息

本文以水面探测与激光检测为背景，以某研究所的研究项目为基础，结合预测pi算法及控制器设计等知识，完成水波跟踪控制系统的设计与实现。系统的工作原理如下，激光经过透镜到达平静的水面，被反射到扫描振镜的反射镜上，经过反射镜再次到达透镜，使激光能打到位置传感器的设定点上。当水面发生波动时，与扫描振镜相连的控制器，利用其中的控制算法，对扫描振镜的反射镜转角进行控制，使因受到水波干扰的激光，仍然能打在传感器的设定点上，实现对水波的良好跟踪。本文主要工作如下：1、首先介绍了预测pi控制算法。通过对piD算法与预测控制发展的阐述，引出预测pi算法的发展现状和基本原理。本文采用预测pi算法作为系统控制算法，并详细阐述了此算法的重要性。2、通过认识各个硬件器材的参数、功能，说明整个系统的硬件性能及可行性。由于控制器在整个硬件中起到了非常关键的作用，因而论文重点是对控制器的研究与应用，最终选择出性能、参数等都适应此系统的控制器部件。将各个硬件连接后，组成水波跟踪控制的硬件系统。3、整个系统是在软硬件结合的操作下实现的，控制算法与控制器起到了十分关键的作用。系统在实际运行之前，先使用Matlab的Simulink仿真，建立控制系统结构图，实现控制器模型的建立，得到控制器的具体参数。而后控制器硬件与PC机用网线连接，用PAC Project软件进行算法编写、以及运行时显示的控制器可调参数和结果的界面。4、为了达到较好的跟踪效果，本文先是进行PAC软件与Matlab的OPC连接，将模型和控制系统放在同计算机上，利用Simulink仿真验证控制算法与系统的良好性。而后再与实际硬件连接，得到系统实际运行的结果，进步验证系统的可靠性与可执行性。

关键词：预测pi 水波跟踪 OPTO22控制器 PAC Project Simulink

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基于预测pi的双容系统控制算法研究与应用

基于预测PI的双容系统控制算法研究与应用

作者：文盼东华大学

学位级别：硕士

双容系统广泛存在于化工、石油、污水处理等流程工业中,实际应用中多数仍使用传统的piD控制器进行控制。但由于双容系统往往具有大惯性、非线性、大时滞及多干扰等特点,应用传统控制方法难以得到良好的控制品质以及理想的鲁棒性,因此对... 详细信息

双容系统广泛存在于化工、石油、污水处理等流程工业中,实际应用中多数仍使用传统的piD控制器进行控制。但由于双容系统往往具有大惯性、非线性、大时滞及多干扰等特点,应用传统控制方法难以得到良好的控制品质以及理想的鲁棒性,因此对双容系统新型控制方法的研究具有重要实际意义。双容水箱系统是流程工业中许多复杂双容系统的原型,是过程控制中的典型对象。本文以双容水箱为研究对象,提出了基于预测pi的串级控制方案,研究了其参数整定方法与原则,并在Opto22中对控制方案进行工程化实现。最后将所研究的成果拓展到流程工业之中,设计了基于预测pi的脱丙烷塔塔顶温度控制系统及单晶硅液面温度控制系统,验证了该控制方案在实际工业过程中的可行性与实用性。本文的主要研究内容和创新点如下:(1)双容水箱系统具有大惯性特性,本文分别阐述了单容和双容水箱系统结构和工作原理,分析内在机理,采用机理建模的方法建立其数学模型,通过阶跃响应测试验证模型参数准确性。(2)提出一种基于鲁棒性的绝对误差积分(RobustIAE)的新型控制系统评价指标,引入模拟退火算法对预测pi算法的参数?进行优化整定,使得预测pi的控制效果在响应速度和鲁棒性能上达到最优。(3)针对基于传统piD控制器的串级控制存在超调,参数整定较为复杂的缺点,提出一种基于预测pi的串级控制方案。分析比较两种控制方案对双容水箱的控制效果,结果表明基于预测pi的串级控制方案具有更好的控制品质、较强的抗干扰性能以及良好的鲁棒性。(4)基于Opto22 PAC Project平台对基于预测pi的双容水箱串级控制方案进行工程化实现,验证其实际控制效果。在Opto Control中设计控制策略,对控制算法作离散化处理,在PAC Display中设计人际交互界面(HMI),用户通过该界面可观测系统的实时运行状态及在线调整参数。(5)脱丙烷塔塔顶温度和单晶硅液面温度都是双容且存在滞后的对象,分别设计这两类对象的预测pi串级控制系统,前期调试检验了预测pi串级控制在工业生产过程中的实用性。

关键词：双容系统预测pi 串级控制模拟退火 Opto22

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基于预测pi算法控制的直流调速系统研究

基于预测PI算法控制的直流调速系统研究

作者：李峰东华大学

学位级别：硕士

直流电动机具有良好的起、制动性能,能够在宽范围内进行平滑调速,并被广泛应用于需要调速或需要进行转向切换的电力拖动系统中。但带电流截止负反馈的直流调速系统,只是解决了系统的过流保护问题,并没有改善系统的快速性和抗干扰能力,... 详细信息

直流电动机具有良好的起、制动性能,能够在宽范围内进行平滑调速,并被广泛应用于需要调速或需要进行转向切换的电力拖动系统中。但带电流截止负反馈的直流调速系统,只是解决了系统的过流保护问题,并没有改善系统的快速性和抗干扰能力,难以适用于对调速系统要求较高的场合。因此,研究直流电机调速系统的控制方法对工业生产具有实际意义。本文基于上述背景,主要研究内容如下:1.通过对直流电机的工作原理分析,采用机理建模方法,建立了转速反馈直流电机调速系统的数学模型。并对带电流截止负反馈的直流调速系统进行静特性分析,在实际应用结果中表明引入电流截止负反馈只能对被控系统起到限流保护作用。2.在传统直流调速控制系统的基础上,提出一种基于预测pi算法与组合积分环节相结合的控制策略。组合积分系统起到对信号的均值滤波作用,根据被控对象设计预测pi控制器,并在SIMULINK中搭建直流调速系统仿真模型,与传统控制方案实时对比仿真,研究结果表明,在预测pi控制算法下的直流调速系统不仅具有良好的动态性能,且能显著提高系统抗干扰能力,同时也起到了过流保护作用。3.将设计的新型控制算法进行离散化处理,并采用C言对算法进行编写,通过OPT22工控软件实现与MATLAB SIMULINK的通信并进行数据交互,并且还开发了实时监控的人机界面(HMI),用户可以直接在控制界面上清晰观察直流电机调速系统转速的具体数值及其变化波形。4.将设计出的新型控制算法应用在贝加莱公司(B&R)提供的直流电机调速系统的硬件及软件环境下,利用Automation Studio与simulink实现无缝连接,实验结果表明,基于预测pi与组合积分环节相结合的复合控制策略,可实现对直流电机转速的优良控制。本文创新点在于将组合积分系统引入直流调速系统,用预测pi控制算法代替传统的piD控制算法,并将组合积分与预测pi控制相结合实现了复合控制。充分利用两种控制方法的优点,组合积分系统相当于均值滤波器,可使输入信号均匀上升,起到限制最大电枢电流的作用,而预测pi控制算法的快速性好且抗干扰能力强。通过仿真结果及实验表明,相对于传统piD控制算法而言,本文设计的基于预测pi算法与组合积分复合控制的直流调速系统具有良好的动态性能及抗干扰能力。

关键词：直流电机调速预测pi 电流截止组合积分系统 OPTO22