基于ITAE指标等概率分布的PID参数整定

摘要

PID控制器是通过设定PID参数Kp、Ti和Td来对整个控制系统进行调节的。基于其算法简单、可靠性高、鲁棒性好等特征，PID控制器在工业控制领域中得到广泛应用，PID控制技术也被应用到大部分的控制回路中。要想得到满意的控制效果，关键在于能整定出最佳的PID控制器参数，众多的国内外学者针对如何寻找最优PID控制器参数提出了许多方法，但这些方法往往只是求得一组最优的PID参数，存在着一定的局限性，于是人们开始研究如何得到PID控制器的参数稳定域，即在有限范围内进行PID参数的调整，系统的控制效果都是令人满意的。
　　在关于自动控制领域的教学和培训过程中，为了使学习的更客观、更全面，只有最优的控制效果往往是不够的，有时也需要获取不同的控制效果进行观察分析。为提高学习效率，缩短试凑的时间，本课题以ITAE性能指标为目标函数，以得到的最优函数值为基准，对控制系统的控制效果进行了等级的划分，划分的等级以具有模糊性的“好”、“较好”、“较差”和“差”四个概念进行区分。另外，本文还将在划分的等级中获取几组PID参数值，实现将其进行组合后能等概率分布在不同的控制效果等级中。
　　在连续系统中使用的传递函数和PID控制算法并不能满足数字控制系统的控制需求，所以将控制系统进行了离散化。另外，等级划分是以最优目标函数值为基准，于是，采用遗传算法，以ITAE性能指标为目标函数对PID控制器参数进行了寻优，得到了最优PID参数Kp，Ti，Td和最优目标函数值。之后，确定等级划分规则，设定PID参数Kp，Ti，Td的枚举范围，将得到的目标函数值J(ITAE)按规则公式进行分类划分。在等级区域的PID参数重叠区，选择经过组合后能够等概率分布的PID参数。
　　利用实验装置中的拨码开关来控制PID参数的选取，为观察选取的参数是否能够实现等概率分布，采用Matlab GUI工具箱制作用户界面，完成了控制结果的可视化。本课题对PID参数的整定方法及划分工作有利于教学和培训工作的进行。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 PID控制技术的发展

1.3 PID控制器参数整定现状

1.4 课题研究的主要内容

第2章 PID控制基础知识

2.1 传统PID控制技术

2.2 PID控制器参数对系统性能的影响

2.3 数字PID控制技术

2.4 本章小结

第3章 基于遗传算法优化PID控制器参数

3.1 遗传算法简介

3.2 遗传算法基本流程

3.3 基于遗传算法的PID参数寻优

3.4 实例分析

3.5 本章小结

第4章 基于ITAE性能指标的等级划分

4.1 误差积分型准则

4.2 关于模糊概念

4.3 基于ITAE准则的模糊等级分布

4.4 本章小结

第5章 PID控制器参数的等概率分布

5.1 等概率分布参数整定

5.2 制作系统仿真用户界面

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

发表论文情况说明

致谢

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