基于TLBO的PID控制性能评估与整定：单回路情形与PI/P串级情形
系统与控制
2021-08-03 v1 系统与控制
摘要
比例-积分-微分(PID)控制是工业中最常用的控制策略，却始终面临由外部扰动、整定不当等引起的性能劣化问题。因此，关于控制性能评估(CPA)与最优整定的研究层出不穷。最小输出方差(MOV)被用作PID的CPA基准，但由于相关的非凸优化问题，其难以求得。对于最优整定，已有许多不同的目标函数被提出，但极少考虑随机扰动抑制。本文提出一种同时考虑绝对误差积分(IAE)与MOV的多目标函数，以优化PID从而获得更好的扰动抑制能力。该非凸问题与多目标问题由基于教学的优化(TLBO)求解。这种随机优化算法凭借优异的局部极值规避能力可保证更紧的MOV下界，且因低复杂度而所需计算时间更少。此外，CPA与整定方法被推广至PI/P串级情形。若干CPA问题的数值算例结果表明，在大多数算例上TLBO能在一秒内生成优于现有方法的MOV。将该整定方法应用于两个温度控制系统的仿真结果显示，多目标函数的权重可折衷超调与调节时间等其他性能准则以改善扰动抑制。这也表明该整定方法可用于多级PID控制策略，以解决扰动抑制与其他性能准则之间的矛盾。
引用
@article{arxiv.2108.00184,
title = {Performance assessment and tuning of PID control using TLBO: the single-loop case and PI/P cascade case},
author = {Wei Zhang and He Dong and Yunlang Xu and Xiaoping Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2108.00184},
year = {2021}
}