基于分?jǐn)?shù)階PID伺服控制系統(tǒng)的動態(tài)性能研究.pdf

1、分?jǐn)?shù)階PID控制器比整數(shù)階PID控制器增加了兩個可以任意調(diào)節(jié)的階次，即主要影響控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的積分階次和主要影響控制系統(tǒng)動態(tài)性能的微分階次。研究證明，這樣的結(jié)構(gòu)使得分?jǐn)?shù)階PID控制器的設(shè)計更加靈活并且具有較強(qiáng)的魯棒性能。目前，關(guān)于分?jǐn)?shù)階PID控制器的研究大多數(shù)集中在參數(shù)整定和控制器設(shè)計兩個方面，但是在實際控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究則非常少。
　　本文研究了分?jǐn)?shù)階PID控制器的設(shè)計方法和分?jǐn)?shù)階模型降階技術(shù)，并將其應(yīng)用到直流伺服控制系統(tǒng)中

2、來提高其動態(tài)性能。分析了分?jǐn)?shù)階微積分算子的頻域性能，證明算子的階次可以靈活改變系統(tǒng)的幅頻和相頻曲線的斜率；驗證了Outaloup遞推濾波器對算子近似的精確性；證明分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)穩(wěn)定性的多變性，即分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)穩(wěn)定性與微積分的階次有關(guān)。分析了分?jǐn)?shù)階PID控制器的頻域性能，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了最優(yōu)分?jǐn)?shù)階PID控制器參數(shù)整定方法，通過分析分?jǐn)?shù)階PID控制器各個參數(shù)對控制系統(tǒng)的影響和針對仿真實例對比整數(shù)階PID控制器的控制性能，證明了分?jǐn)?shù)階 PID控制器

3、具備較強(qiáng)的魯棒性且有利于提高控制系統(tǒng)的動態(tài)性能。針對分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)的階次有時會太高從而影響控制器設(shè)計精度的現(xiàn)象，改進(jìn)了常規(guī)H2范數(shù)模型降階技術(shù)，使降階模型擴(kuò)展到分?jǐn)?shù)階形式，并在降階模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行基于頻率域的最優(yōu)分?jǐn)?shù)階PID控制器設(shè)計。仿真證明了該模型降階方法逼近效果較好，并且設(shè)計的控制器具有較高的動態(tài)性能。根據(jù)控制系統(tǒng)的設(shè)計要求進(jìn)行計算確定電機(jī)的選型和參數(shù)指標(biāo)，并建立伺服控制系統(tǒng)仿真模型，進(jìn)行整數(shù)階PID控制器三閉環(huán)控制系統(tǒng)、前饋三閉環(huán)控