Metody strojenia regulatorów typu PID z wykorzystaniem technologii syntezy regulatorów od stanu

Układy sterujące typu PID są jednymi z najbardziej popularnych regulatorów wykorzystywanych w układach regulacji. W związku z tym znanych jest szereg metod doboru wartości ich parametrów (nastaw). Obok różnych metod inżynierskich czy analitycznych strojenia tego typu regulatorów, dostępne są również podejścia bazujące na optymalizacji. Wskaźnikiem jakości znajdującym w nich zastosowanie jest np. całka z kwadratu uchybu. W artykule przedstawiono alternatywny sposób wyznaczania nastaw regulatora z rodziny PID bazujący na rozwiązaniu liniowokwadratowego zadania optymalizacji wykorzystującego kryterium energetyczne. Uszczegóławiając, pokazano możliwość transformacji optymalnych nastaw regulatora bazującego na sprzężeniu zwrotnym od stanu obiektu w nastawy regulatora w klasycznym układzie regulacji. Jako aplikację wykorzystano nieliniowy matematyczny model dynamiki podwójnego odwróconego wahadła.

The PID-type regulators are one of the most commonly used in control systems. Therefore, there are many different methods of selecting values of their parameters. Apart from various engineering or analytical methods of tuning such controllers, there are also approaches based on optimisation. In the latter case, a typical performance index is integral square error (ISE). In this paper, an alternative method of PID parameters tuning has been presented. This approach is based on a solution of the linear-square optimisation task with energy-based performance index. In the result, a state-feedback controller is obtained. Subsequently, the state-feedback gains are translated into PID regulator parameters. The proposed approach has been illustrated using a non-linear mathematical model of a double inverted pendulum.