对于伪微分反馈,工程上所要求的微分阶次要比它在反馈网络中所起的微分效果阶次低一次。若被控系统是二阶,则一般的微分反馈要求获得被控变量的二阶微分,而伪微分反馈只要求获得被控变量的一阶微分,这在工程上具有非常重要的意义。
基于以上分析,可画出二阶对象的伪微分反馈控制系统方框图。外反馈回路中的kH用来调节系统输出的幅值。为了保证进入对象环节的信号n2(t)不至于过大,在受控对象前还加入了一个饱和限幅的非线性环节。伪微分反馈控制系统方框。2PDF控制器参数的确定在控制器设计算法的推导中,假设信号n1(t)足够小,使得该信号在后面的饱和非线性环节中的线性段内工作,这样就可以大大地简化器设计算法的运算量。
假设受控对象环节G(s)为一个2阶线性传递函数G(s)=bs2+a1s+a2(9)则可以得出PDF控制器的参数为Kp=1b(3A2-a2)Ki=A3bkHKd=1b(3A-a1)(10)A=7.5167/ts(11)若对象模型是高阶的,则可以利用模型降阶技术来获得一个分子为0阶、分母为2阶的降阶模型。
PDF与PID控制效果的比较为便于分析,仿真时认为油温、负载的变化只影响系统的增益。增益增大或减小20%时的PID控制仿真速度曲线(由于篇幅所限,本文只以电梯下行过程为例,上行过程可类似分析。由图可见,系统未受外干扰时,PID控制能很好地跟踪给定指令,增益减小时对系统输出几乎没影响,但增大增益会使跟踪性能变坏,出现小的振荡。
轿厢空载和满载时PID控制的实测运行曲线如、所示。负载增加使得调速阀的流量增益增加,从而导致系统增益也增大,故满载运行性能较空载时差,出现明显的振荡。
PID控制电梯仿真速度曲线增益增大或减小20%时的PDF控制仿真速度曲线如、所示。由图可见,系统增益大幅度改变时的输出仍能很好地跟踪给定输入。PDF控制时系统的输出与PID控制时系统的输出曲线对比,可见在未受干扰时,PDF控制效果与PID相当,但PDF控制鲁棒性较PID强。轿厢空载和满载时PDF控制的实测运行曲线如0、1所示。
显然,轿厢负载变化对系统的输出影响不大。