控制笔记（自控+现控）

Posted 2023-02-15 XXX_UUU_XXX

主流控制方法优缺点

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

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

LQR

• 优点：最优控制策略
• 缺点：依赖线性化后的模型

鲁棒控制

• 优点：有效抑制扰动
• 缺点：具有较强的保守型

模型预测控制

• 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

• 优点：弱化非线性的影响
• 缺点：线性化与带来的噪声和误差

滑膜控制

• 优点：抑制系统干扰
• 缺点：控制函数切换带来抖动

干扰观测器

大多数情况下，干扰信息并不能准确的获知与测量（如实加负载、未知扰动等），必须依据模型信息和在线输入输出数据对干扰进行观测，然后基于干扰观测器计算相应的控制值，实现对干扰的直接补偿或抑制干扰带来的不利影响。

干扰观测器可以作为单独或附加模块存在于控制系统中，系统中原有的控制器用来实现最优跟踪性能，当不存在扰动或扰动可以忽略不计时，干扰观测器没有输出，对控制系统没有影响。

实际应用应综合使用：前馈 + 干扰观测器 + 反馈

干扰观测器又分为基于准确对象模型和不需要准确对象模型，其中不需要准确对象模型的有ADRC中的ESO（自抗扰控制中扩张状态观测器），只需要知道系统相对阶数和输入，ESO观测系统的总扰动（未建模动态、外部干扰和参数变化都归为总扰动）

水床效应

在控制理论中，指设计系统或控制器时，有得必有失的系统内在的限制，即在某些频段对噪声的抑制必定造成在其他频段对噪声的放大。

PID

积分分离

设备在启动、结束或大幅度增减时，短时间系统输出很大的偏差，造成PID积分累积，导致控制量超过执行器允许的最大动作范围对应的基线控制量，引起超调或震荡现象。

为了克服积分累积引起的超调或震荡，引入积分分离，当实际值与目标值偏差较大时，取消积分作用；当实际值接近目标值时，使用积分作用消除静差。

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

如果系统存在一个方向的偏差，PID控制器的输出由于积分作用的不断累加而加大，从而导致执行机构达到极限位置，若控制器输出继续增大，执行器开度不可能再增大，此时计算机输出控制量超出了正常运行范围而进入饱和区。一旦系统出现反向偏差，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。在这段时间里，执行机构仍然停留在极限位置而不随偏差反向而立即做出相应的改变，这时系统就像失控一样，造成控制性能恶化，这种现象称为积分饱和现象或积分失控现象。
抗积分饱和法，首先判断上一时刻的控制量u(k-1)是否已经超出了极限范围，如果u(k-1)>umax，则只累加负偏差;如果u(k-1)<umin，则只累加正偏差；否则累加正负偏差。

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。被调量竖直易受各种因素影响，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。