具有随机参数FOPDT过程的PID参数整定

摘要

实际的工业过程超过百分之九十的控制回路采用PID控制。PID控制算法是一种理论成熟、应用广泛、通用性强的控制算法。PID控制器的参数整定决定了PID控制系统的性能。合理的PID控制器参数能够提高工业生产效益，因此PID控制器参数整定是工业过程控制的核心问题之一。
　　针对PID控制器参数整定，国内外学者提出了许多基于控制对象精确模型下的PID控制器参数整定方法。然而，由于被控对象的建模误差、所处环境变化、元器件老化等的原因导致模型及其参数的随机不确定性。因此，在模型具有随机参数条件下，过程控制系统的PID参数整定及其研究具有重要的理论价值和实践意义。绝大多数的实际工业过程控制对象可以由一阶加时延的数学模型进行近似建模。针对具有随机时间常数和随机时延参数的FOPDT系统，本文基于内模控制(IMC)框架和原理，采用时域ISE性能指标与鲁棒性指标的加权综合作为性能优化指标，研究具有随机参数FOPDT系统的PID参数整定规则，完成了如下几方面的工作:
　　(1)应用最小二乘原理拟合出关于滤波器参数和模型参数的ISE解析表达式;
　　(2)分析并给出了基于内模原理的PID控制器在模型参数标称值的选取规则;
　　(3)在FOPDT模型参数服从某种概率分布的情况下，采用最优化期望ISE性能指标与鲁棒性能指标加权的综合性能指标整定PID参数。通过数值实例与传统基于标称模型的PID参数整定方法相比较验证其有效性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状综述

1．3 本文主要工作及论文结构

第二章 相关理论知识

2．1 PID控制及性能评价

2．1．1 PID控制结构

2．1．2 性能评价

2．2 FOPDT过程

2．3 内模控制及PID控制器参数整定

2．3．1 内模控制

2．3．2 PID控制器参数整定

2．4 不确定性描述

2．5 本章小结

第三章 关于滤波器参数与模型参数的ISE解析式拟合

3．1 最小二乘拟合法

3．1．1 最小二乘拟合

3．1．2 最小二乘拟合品质

3．2 关于滤波器参数与模型参数的ISE拟合表达式

3．2．1 FOPDT模型参数随机不确定性

3．2．2 关于滤波器参数与FOPDT参数的ISE拟合表达式

3．3 仿真

3．4 本章小结

第四章 具有随机参数模型的综合性能指标PID参数整定

4．1 具有随机参数FOPDT的标称值选取

4．1．1 具有随机参数FOPDT的标称值选取规则

4．1．2 仿真

4．2 具有随机参数FOPDT的综合性能指标PID参数整定

4．2．1 鲁棒性指标

4．2．2 基于综合性能指标的PID参数整定

4．2．3 仿真

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢