控制笔记（自控+现控）

目录

主流控制方法优缺点

PID

PID 连续形式

PID离散形式

位置式PID

增量式PID 

参数意义

积分分离

饱和区

积分饱和

微分使用条件

死区/中性区/不作用区

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主流控制方法优缺点

优点中的不依赖模型，不是指无模型控制，比如根据模型选择合适的PI、PD或者PID，参数的整定也需要模型，为了提高响应速度，也要根据模型计算前馈量。

PID

• 优点：实现简单、不依赖模型
• 缺点：在系统平衡点附近设计

自抗扰控制ADRC

• 优点：抗干扰能力强、不依赖模型
• 缺点：调节时间小，负荷变化快的场合容易抖动

线性二次最优控制LQR

• 优点：最优控制策略
• 缺点：依赖线性化后的模型

鲁棒控制RC

• 优点：有效抑制扰动
• 缺点：具有较强的保守型

模型预测控制MPC

• 优点：优化指标，能处理约束
• 缺点：严重依赖模型，计算量大

动态逆NDIC

• 优点：弱化非线性的影响
• 缺点：线性化与带来的噪声和误差

滑模控制SMC

• 优点：抑制系统干扰
• 缺点：控制函数切换带来抖动

PID

PID 连续形式

PID离散形式

位置式PID

采样时间T，数值积分采用矩形法近似计算（也可以采用梯形法或辛普森法应用于精度要求更高的场合），数值微分采用一阶后向差分法近似计算。

增量式PID 

参数意义

比例：决定系统高频段特性，加快系统响应速度，提高系统调节精度。比例项越大，响应速度越快，调节精度越高，超调越明显，稳定性越差。

积分：决定系统低频段特性，消除系统稳态误差。积分项越大，稳态误差消除越快，容易出现积分饱和，超调越明显

微分：决定系统高频段特性，改善系统动态特性，抑制偏差向任意方向变化。微分项越大，调节时间越长，抗扰性能越差。

积分分离

问题分析：系统在启动、制动或大幅增减时，短时间内有很大的误差，积分累加导致控制量超过执行器允许最大动作范围，产生超调或震荡现象。

解决办法：当目标值与反馈值误差较大时，取消积分运算；当目标值与反馈值误差较小时，执行积分运算。

偏差越大，积分越慢；偏差越小，积分越快。

饱和区

事物在某个范围内达到最高限度。 

积分饱和

饱和区：事物在某个范围内达到最高限度。

问题分析：如果系统存在一个方向（或正或负）的偏差，积分不断累加，控制器输出不断增大，执行器逐渐达到极限位置（最大值或最小值），若控制器输出继续增大，执行器不可能再增大，此时系统进入饱和区。当系统出现反向偏差，控制器输出逐渐从饱和区退出，进入饱和区越深则退出饱和区时间越长，在退饱和过程中，执行器仍然停留在极限位置而不随偏差反向立即做出改变，此时系统控制失能。

解决办法：控制器输出大于执行器最大值，只累加负向偏差；控制器输出小于执行器最小值，只累加正向偏差；

微分使用条件

1. 被调量是水位、气压或风压的系统，不适合使用微分。被调量容易受各种因素影响，即使稳定的系统也很难稳定在一个数值。微分作用会因为被调量的小波动使输出大幅度来回动作，形成干扰，对执行机构也不利。
2. 被调量有微小扰动时，应该先消除扰动再使用微分。
3. 系统有大迟延的情况下，应该使用微分。

死区/中性区/不作用区

控制系统的传递函数中，对应输出为零的输入信号范围。

PID中死区的作用：为了减少执行器都能做次数，对调节器设置死区，死区内输入偏差为0，超过死区后，输入偏差从0开始计算。

死区缺点：死区过大时，调节精度降低，降低调节系统稳定性，调节滞后。