CN105045137A - 一种执行机构自适应pid控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞机燃油系统全模试验领域，具体涉及一种执行机构自适应PID控制方法及控制系统，以解决目前的PID控制方法效果差、精度低的问题。执行机构自适应控制系统包括：专家PID控制器和模糊PID控制器，分别与执行机构连接；状态信息采集器，用于实时监测待控制系统的当前状态信息；处理器，用于根据当前状态信息以及期望状态信息，选择专家PID控制器或模糊PID控制器对执行机构进行控制。本发明的执行机构自适应控制系统中，能够根据需要选择专家PID控制器和模糊PID控制器进行控制，调节速度快、上升时间少，并且超调量小、控制精度高，能够更好地满足伺服系统快速性要求，提高了伺服系统的控制品质。

Description

一种执行机构自适应PID控制方法及控制系统

技术领域

本发明涉及飞机燃油系统全模试验领域，具体涉及一种执行机构自适应PID控制方法及控制系统。

背景技术

在飞机燃油系统全模试验中，需要模拟飞机飞行时高度变化引起的环境箱压力、发动机引气压力、发动机入口供油流量、飞行姿态、压力加油接头入口处压力及流量等；可利用阀、缸等控制元件盒控制器组成控制回路，以实现压力及流量的精确控制。但是，由于试验环境复杂、气体压力及流量控制系统组成的部件多，采用常规PID控制方法效果差、精度低。

发明内容

本发明的目的是提供一种执行机构自适应PID控制方法及控制系统，以解决目前的PID控制方法效果差、精度低的问题。

本发明的技术方案是：

一种执行机构自适应PID控制方法，包括如下步骤：

步骤一、处理器接收待控制系统实时发送的当前状态信息，以及所述待控制系统的期望状态信息，并根据所述当前状态信息和所述期望状态信息的差值得到差值绝对值a和差值变化率b；

步骤二、设定所述差值的最小阈值amin、中间阈值amid以及最大阈值amax；

步骤三、当所述处理器判断a≥amax时，所述处理器选择专家PID控制器，并进行步骤四；

当所述处理器判断amid≤a＜amax，且a×b＞0时，所述处理器选择所述专家PID控制器，并进行步骤四；

当所述处理器判断amin≤a＜amid，且a×b＞0时，所述处理器选择模糊PID控制器，并进行步骤五；

当所述处理器判断a×b＜0且b×b₁＞0或a＝0时，所述处理器选择所述模糊PID控制器，并进行步骤五；

当所述处理器判断a×b＜0、b×b₁＜0以及amid≤a＜amax时，所述处理器选择所述专家PID控制器，并进行步骤四；

当所述处理器判断a×b＜0、b×b₁＜0以及amin≤a＜amid时，所述处理器选择所述模糊PID控制器，并进行步骤五；

当所述处理器判断a＜amin时，所述处理器选择所述模糊PID控制器，并进行步骤五；

步骤四、所述专家PID控制器根据所述a向执行机构发送控制量，所述执行机构根据所述控制量驱动所述待控制系统；

步骤五、所述模糊PID控制器根据所述a和b向所述执行机构发送控制量，以驱动所述待控制系统。

可选地，所述执行机构包括伺服阀和作动筒，所述伺服阀根据PID控制器发送的所述控制量对所述作动筒伸缩量进行控制。

可选地，所述待控制系统为飞机飞行姿态模拟台架，所述状态信息为所述飞机飞行姿态模拟台架的角度信息。

可选地，所述执行机构包括伺服阀和调节阀，所述伺服阀根据PID控制器发送的所述控制量对所述调节阀的开度进行控制。

可选地，所述待控制系统为发动机供油流量调节控制系统，所述状态信息为所述发动机供油流量调节控制系统中发动机的耗油量。

本发明还提供了一种执行机构自适应控制系统，执行机构用于驱动待控制系统，所述执行机构自适应控制系统包括：

专家PID控制器和模糊PID控制器，分别与所述执行机构连接；

状态信息采集器，用于实时监测所述待控制系统的当前状态信息；

处理器，用于根据所述状态信息采集器实时发送的所述待控制系统的当前状态信息，以及输入的所述待控制系统的期望状态信息，选择所述专家PID控制器或所述模糊PID控制器对所述执行机构进行控制。

可选地，所述执行机构包括伺服阀和作动筒，所述伺服阀根据PID控制器发送的所述控制量对所述作动筒伸缩量进行控制。

可选地，所述待控制系统为飞机飞行姿态模拟台架，所述状态信息采集器为角度传感器，所述状态信息为所述飞机飞行姿态模拟台架的角度信息。

可选地，所述执行机构包括伺服阀和调节阀，所述伺服阀根据PID控制器发送的所述控制量对所述调节阀的开度进行控制。

可选地，所述待控制系统为发动机供油流量调节控制系统，所述状态信息采集器为流量计，所述状态信息为所述发动机供油流量调节控制系统中发动机的耗油量。

本发明的有益效果：

本发明的执行机构自适应PID控制方法及控制系统中，能够根据需要选择专家PID控制器和模糊PID控制器进行控制，调节速度快、上升时间少，并且超调量小、控制精度高，能够更好地满足伺服系统快速性要求，提高了伺服系统的控制品质，满足飞机燃油系统全模试验中伺服控制系统既要控制精度高、稳定性好、鲁棒性强，同时响应速度快的要求。

附图说明

图1是本发明执行机构自适应PID控制系统的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。

如图1所示，本发明提供的一种执行机构自适应PID控制系统，执行机构1用于驱动待控制系统2。执行机构自适应控制系统包括专家PID控制器5、模糊PID控制器6、状态信息采集器3以及处理器4。

专家PID控制器5和模糊PID控制器6为已知的PID控制器，分别与执行机构1连接，用于向执行机构1输入控制指令。

状态信息采集器3与待控制系统2连接，用于实时监测待控制系统2的状态信息。

处理器4用于根据状态信息采集器3实时发送的待控制系统2的当前状态信息，以及输入(手动输入或者计算机自动输入)的待控制系统2的期望状态信息，选择专家PID控制器5或模糊PID控制器6对执行机构(1)进行控制。

本发明的执行机构自适应PID控制系统中，能够根据需要选择专家PID控制器5和模糊PID控制器6进行控制，调节速度快、上升时间少，并且超调量小、控制精度高，能够更好地满足伺服系统快速性要求，提高了伺服系统的控制品质，满足飞机燃油系统全模试验中伺服控制系统既要控制精度高、稳定性好、鲁棒性强，同时响应速度快的要求。

进一步，本发明的执行机构1可以根据需要进行适合的选择，本实施例中，执行机构1包括伺服阀和作动筒；伺服阀根据PID控制器发送的控制量对作动筒伸缩量进行控制。同样，待控制系统2可以根据需要进行适合的选择，本实施例中，待控制系统2为飞机飞行姿态模拟台架，状态信息采集器为角度传感器，状态信息为飞机飞行姿态模拟台架的角度信息。

在另一实施例中，执行机构1包括伺服阀和调节阀，伺服阀根据PID控制器发送的控制量对调节阀的开度进行控制。待控制系统2为发动机供油流量调节控制系统，状态信息采集器为流量计，状态信息为发动机供油流量调节控制系统中发动机的耗油量。

本发明提供的一种执行机构自适应PID控制方法，包括如下步骤：

步骤一、处理器4接收待控制系统2实时发送的当前状态信息，以及待控制系统2的期望状态信息，并根据当前状态信息和期望状态信息的差值得到对应的差值绝对值a和差值变化率b。其中，差值绝对值a和差值变化率b的采用常规的计算方法，不再赘述。

步骤二、设定上述差值的最小阈值amin、中间阈值amid以及最大阈值amax。同样，最小阈值amin、中间阈值amid以及最大阈值amax可以根据需要进行适合的设定。

步骤三、当处理器4判断a≥amax时，处理器4选择专家PID控制器5，并进行步骤四。

当处理器4判断amid≤a＜amax，且a×b＞0时，处理器4选择专家PID控制器5，并进行步骤四。

当处理器4判断amin≤a＜amid，且a×b＞0时，处理器4选择模糊PID控制器6，并进行步骤五。

当处理器4判断a×b＜0且b×b₁＞0或a＝0时，处理器4选择所述模糊PID控制器6，并进行步骤五。

当所述处理器4判断a×b＜0、b×b₁＜0以及amid≤a＜amax时，所述处理器4选择所述专家PID控制器(5)，并进行步骤四。

当处理器4判断a×b＜0、b×b₁＜0以及amin≤a＜amid时，处理器4选择模糊PID控制器6，并进行步骤五。

当处理器4判断a＜amin时，处理器4选择模糊PID控制器6，并进行步骤五。

步骤四、专家PID控制器5根据差值绝对值a向执行机构1发送控制量，执行机构1根据控制量驱动待控制系统2。

步骤五、模糊PID控制器6根据差值绝对值a和差值变化率b向执行机构1发送控制量，以驱动待控制系统2。

在本发明的执行机构自适应PID控制方法的本实施例中，执行机构1可以包括伺服阀和作动筒，伺服阀根据PID控制器发送的控制量对作动筒伸缩量进行控制。待控制系统2为飞机飞行姿态模拟台架，状态信息为飞机飞行姿态模拟台架的角度信息。

在本发明的执行机构自适应控制方法的另一实施例中，执行机构1包括伺服阀和调节阀，伺服阀根据PID控制器发送的控制量对调节阀的开度进行控制。待控制系统2为发动机供油流量调节控制系统，状态信息为发动机供油流量调节控制系统中发动机的耗油量。

同样，本发明的执行机构自适应PID控制方法中，能够根据需要选择专家PID控制器5和模糊PID控制器6进行控制，调节速度快、上升时间少，并且超调量小、控制精度高，能够更好地满足伺服系统快速性要求，提高了伺服系统的控制品质，满足飞机燃油系统全模试验中伺服控制系统既要控制精度高、稳定性好、鲁棒性强，同时响应速度快的要求。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种执行机构自适应PID控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、处理器(4)接收待控制系统(2)实时发送的当前状态信息，以及所述待控制系统(2)的期望状态信息，并根据所述当前状态信息和所述期望状态信息的差值得到差值绝对值a和差值变化率b；

步骤二、设定所述差值的最小阈值amin、中间阈值amid以及最大阈值amax；

步骤三、当所述处理器(4)判断a≥amax时，所述处理器(4)选择专家PID控制器(5)，并进行步骤四；

当所述处理器(4)判断amid≤a＜amax，且a×b＞0时，所述处理器(4)选择所述专家PID控制器(5)，并进行步骤四；

当所述处理器(4)判断amin≤a＜amid，且a×b＞0时，所述处理器(4)选择模糊PID控制器(6)，并进行步骤五；

当所述处理器(4)判断a×b＜0且b×b₁＞0或a＝0时，所述处理器(4)选择所述模糊PID控制器(6)，并进行步骤五；

当所述处理器(4)判断a×b＜0、b×b₁＜0以及amid≤a＜amax时，所述处理器(4)选择所述专家PID控制器(5)，并进行步骤四；

当所述处理器(4)判断a×b＜0、b×b₁＜0以及amin≤a＜amid时，所述处理器(4)选择所述模糊PID控制器(6)，并进行步骤五；

当所述处理器(4)判断a＜amin时，所述处理器(4)选择所述模糊PID控制器(6)，并进行步骤五；

步骤四、所述专家PID控制器(5)根据所述a向执行机构(1)发送控制量，所述执行机构(1)根据所述控制量驱动所述待控制系统(2)；

步骤五、所述模糊PID控制器(6)根据所述a和b向所述执行机构(1)发送控制量，以驱动所述待控制系统(2)。

2.根据权利要求1所述的执行机构自适应PID控制方法，其特征在于，所述执行机构(1)包括伺服阀和作动筒，所述伺服阀根据PID控制器发送的所述控制量对所述作动筒伸缩量进行控制。

3.根据权利要求2所述的执行机构自适应PID控制方法，其特征在于，所述待控制系统(2)为飞机飞行姿态模拟台架，所述状态信息为所述飞机飞行姿态模拟台架的角度信息。

4.根据权利要求1所述的执行机构自适应PID控制方法，其特征在于，所述执行机构(1)包括伺服阀和调节阀，所述伺服阀根据PID控制器发送的所述控制量对所述调节阀的开度进行控制。

5.根据权利要求4所述的执行机构自适应PID控制方法，其特征在于，所述待控制系统(2)为发动机供油流量调节控制系统，所述状态信息为所述发动机供油流量调节控制系统中发动机的耗油量。

6.一种执行机构自适应PID控制系统，执行机构(1)用于驱动待控制系统(2)，其特征在于，所述执行机构自适应控制系统包括：

专家PID控制器(5)和模糊PID控制器(6)，分别与所述执行机构(1)连接；

状态信息采集器(3)，用于实时监测所述待控制系统(2)的当前状态信息；

处理器(4)，用于根据所述状态信息采集器(3)实时发送的所述待控制系统(2)的当前状态信息，以及输入的所述待控制系统(2)的期望状态信息，选择所述专家PID控制器(5)或所述模糊PID控制器(6)对所述执行机构(1)进行控制。

7.根据权利要求6所述的执行机构自适应PID控制系统，其特征在于，所述执行机构(1)包括伺服阀和作动筒，所述伺服阀根据PID控制器发送的所述控制量对所述作动筒伸缩量进行控制。

8.根据权利要求7所述的执行机构自适应PID控制系统，其特征在于，所述待控制系统(2)为飞机飞行姿态模拟台架，所述状态信息采集器为角度传感器，所述状态信息为所述飞机飞行姿态模拟台架的角度信息。

9.根据权利要求6所述的执行机构自适应PID控制系统，其特征在于，所述执行机构(1)包括伺服阀和调节阀，所述伺服阀根据PID控制器发送的所述控制量对所述调节阀的开度进行控制。

10.根据权利要求9所述的执行机构自适应PID控制系统，其特征在于，所述待控制系统(2)为发动机供油流量调节控制系统，所述状态信息采集器为流量计，所述状态信息为所述发动机供油流量调节控制系统中发动机的耗油量。