Zero/low overshoot conditions based on maximally‐flatness for PID‐type controller design for uncertain systems with time‐delay or zeros
Description
Abstract This paper extends the characteristic ratio approach using novel inequalities to ensure zero/low overshoot for linear‐time‐invariant systems with zeros. The extension provided by this paper is based on the maximally‐flatness property of a transfer function, where the square‐magnitude of the transfer function is ensured to be a low‐pass filter. In order to be able to design low‐order/fixed structure controllers, a partial pole‐assignment approach is used instead of the full pole‐assignment used in the Characteristic Ratio Assignment (CRA) method. The developed inequalities and additional stability conditions are combined into an optimization problem using time domain restrictions when necessary. Although the method given in the paper is general, particular inequalities are developed for PI and PI‐PD controller cases, due to their frequent use in industrial applications. Similarly, First‐Order‐Plus‐Delay‐Time (FOPDT) and Second‐Order‐Plus‐Delay‐Time (SOPDT) systems are considered specifically, since most of the practical systems can be approximated by one of these types. The study is extended to plants with uncertainties where a theorem is developed to decrease computation time dramatically. The benefits of the proposed methods are demonstrated by several examples.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
الخلاصة توسع هذه الورقة نهج النسبة المميزة باستخدام متباينات جديدة لضمان التجاوز الصفري/المنخفض للأنظمة الخطية-الزمنية-الثابتة ذات الأصفار. يعتمد التمديد الذي توفره هذه الورقة على خاصية التسطيح القصوى لوظيفة النقل، حيث يتم ضمان أن يكون الحجم المربع لوظيفة النقل مرشحًا منخفض النجاح. من أجل أن تكون قادرًا على تصميم وحدات تحكم منخفضةالترتيب/هيكل ثابت، يتم استخدام نهج التخصيص الجزئي للقطب بدلاً من التخصيص الكامل للقطب المستخدم في طريقة تخصيص النسبة المميزة (CRA). يتم دمج أوجه عدم المساواة المطورة وظروف الاستقرار الإضافية في مشكلة تحسين باستخدام قيود النطاق الزمني عند الضرورة. على الرغم من أن الطريقة الواردة في الورقة عامة، إلا أنه يتم تطوير أوجه عدم مساواة معينة لحالات التحكم في PI و PI-PD، بسبب استخدامها المتكرر في التطبيقات الصناعية. وبالمثل، يتم النظر في أنظمة تأخير الطلب الأول زائد تأخير الوقت (FOPDT) وتأخير الطلب الثاني زائد تأخير الوقت (SOPDT) على وجه التحديد، حيث يمكن تقريب معظم الأنظمة العملية من خلال أحد هذه الأنواع. تمتد الدراسة إلى النباتات ذات الشكوك حيث يتم تطوير نظرية لتقليل وقت الحساب بشكل كبير. تتضح فوائد الأساليب المقترحة من خلال العديد من الأمثلة.Translated Description (French)
Résumé Cet article étend l'approche du ratio caractéristique en utilisant de nouvelles inégalités pour assurer un dépassement zéro/faible pour les systèmes linéaires invariants dans le temps avec des zéros. L'extension fournie par ce document est basée sur la propriété de planéité maximale d'une fonction de transfert, où la grandeur carrée de la fonction de transfert est assurée d'être un filtre passe-bas. Afin de pouvoir concevoir des contrôleurs de structure fixe/d'ordre inférieur, une approche d'assignation partielle des pôles est utilisée à la place de l'assignation complète des pôles utilisée dans la méthode d'assignation des rapports caractéristiques (CRA). Les inégalités développées et les conditions de stabilité supplémentaires sont combinées en un problème d'optimisation utilisant des restrictions de domaine temporel si nécessaire. Bien que la méthode donnée dans le document soit générale, des inégalités particulières sont développées pour les cas de contrôleurs PI et PI-PD, en raison de leur utilisation fréquente dans les applications industrielles. De même, les systèmes First‐Order ‐ Plus ‐ Delay‐Time (FOPDT) et Second‐Order ‐ Plus ‐ Delay‐Time (SOPDT) sont considérés spécifiquement, car la plupart des systèmes pratiques peuvent être approximés par l'un de ces types. L'étude est étendue aux plantes avec des incertitudes où un théorème est développé pour diminuer considérablement le temps de calcul. Les avantages des méthodes proposées sont démontrés par plusieurs exemples.Translated Description (Spanish)
Resumen Este documento amplía el enfoque de la relación característica utilizando desigualdades novedosas para garantizar un exceso cero/bajo para los sistemas linealesinvariantes en el tiempo con ceros. La extensión proporcionada por este documento se basa en la propiedad deplanicidad máxima de una función de transferencia, donde se garantiza que la magnitud cuadrada de la función de transferencia sea un filtro depaso bajo. Para poder diseñar controladores de orden bajo/estructura fija, se utiliza un enfoque de asignación parcial de polos en lugar de la asignación de polos completa utilizada en el método de Asignación de Relación Característica (CRA). Las desigualdades desarrolladas y las condiciones de estabilidad adicionales se combinan en un problema de optimización utilizando restricciones de dominio de tiempo cuando sea necesario. Aunque el método dado en el documento es general, se desarrollan desigualdades particulares para los casos de controladores PI y PI‐PD, debido a su uso frecuente en aplicaciones industriales. Del mismo modo, los sistemas de primer orden más tiempo de retraso (FOPDT) y segundo orden más tiempo deretraso (SOPDT) se consideran específicamente, ya que la mayoría de los sistemas prácticos pueden ser aproximados por uno de estos tipos. El estudio se extiende a plantas con incertidumbres donde se desarrolla un teorema para disminuir drásticamente el tiempo de cálculo. Los beneficios de los métodos propuestos se demuestran con varios ejemplos.Files
cth2.12646.pdf
Files
(16.0 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:a01f37eafa5eea2df21625c70f9cb70b
|
16.0 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- ظروف التجاوز الصفري/المنخفض على أساس التسطيح الأقصى لتصميم وحدة التحكم من نوع PID للأنظمة غير المؤكدة مع التأخير الزمني أو الأصفار
- Translated title (French)
- Conditions de dépassement zéro/faible basées sur la planéité maximale pour la conception de contrôleur de type PID pour les systèmes incertains avec temporisation ou zéros
- Translated title (Spanish)
- Condiciones de sobreimpulso cero/bajo basadas en la planicidad máxima para el diseño del controlador tipo PID para sistemas inciertos con retardo de tiempo o ceros
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4394618015
- DOI
- 10.1049/cth2.12646
References
- https://openalex.org/W611209876
- https://openalex.org/W1656892718
- https://openalex.org/W1986905607
- https://openalex.org/W2001113035
- https://openalex.org/W2005767583
- https://openalex.org/W2027760554
- https://openalex.org/W2187324815
- https://openalex.org/W2743451505
- https://openalex.org/W2799872165
- https://openalex.org/W2807842575
- https://openalex.org/W2884930958
- https://openalex.org/W2895634084
- https://openalex.org/W2907487643
- https://openalex.org/W2970528191
- https://openalex.org/W3200734586
- https://openalex.org/W4205780965
- https://openalex.org/W4243589523
- https://openalex.org/W4313898420
- https://openalex.org/W4321018819
- https://openalex.org/W4379506300