PID控制器参数自整定方法的研究与实现

摘要

PID控制器因为结构简单、容易实现，并且具有较强的鲁棒性，因而被广泛应用于各种工业过程控制中。尽管已经出现多种先进控制方法，PID控制仍然在各种工业控制技术中占着主导地位。PID控制器参数整定优劣与否，是以其能否在实用中得到好的闭环控制效果为前提条件的。迄今为止，各种先进PID控制器参数整定方法层出不穷，但在实际应用中，这些先进的整定方法并没有像预期的那样产生完美的控制效果。这主要是因为PID控制器结构上的简单性决定了它在控制品质上的局限性，并且这种简单性使得PID控制器对大时滞、不稳对象等被控对象的控制性能不是很好：同时PID控制器无法同时满足对设定值跟踪和抑制外扰的不同性能要求。 本文首先阐述了PID控制器的算法特点、参数对控制性能的影响，并对PID控制器的基本自整定算法进行了分析；重点研究了基于继电反馈的PID参数自整定算法的基本原理，根据瑞典学者K.J.Astrom提出的在继电反馈下观测被控过程的极限环振荡以及Z-N公式，详细地推导了相应的PID控制器参数整定公式。并以DUT6000温度控制模块为硬件平台，利用DUT6000采集温度，上位机通过串行通信读取DUT6000中转换后的温度值，进行控制处理，直接控制DUT6000的开关量输出，通过调节控制输出的占空比，利用PWM的方法控制加热功率，从而实现控温。使用变速积分法对控制器进行改进，并应用到实际控制中，给出了不同参数时的控制效果。同时，给出了控制电路、控制策略及程序流程图。该算法无需了解被控对象的模型，很容易在工业控制系统中实现，控制效果较好。 同时，针对SISO模型系统，文章提出了基于智能方法的PID参数整定方法，对基于模糊算法和神经网络在线修改参数做了较详细的叙述，并给出了仿真实验结果，具有一定的实用价值。 最后在总结与展望部分，对全文的研究和开发工作所存在的问题进行了总结并对未来可能的改进工作进行了展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 PID控制器简介

1.2.1 PID控制器的结构及原理

1.2.2 PID控制器参数对控制性能的影响

1.2.3 PID控制器参数整定的基本方法

1.2.4 PID控制算法的改进

1.3本文主要工作及论文结构

2基于继电反馈的PID参数整定方法

2.1继电特性分析

2.1.1继电的理论基础

2.1.2描述函数法

2.1.3继电特性的选择

2.2继电反馈算法

2.2.1 继电试验

2.2.2整定规则

2.3本章小结

3 PID自整定软硬件的设计及实验结果

3.1 软件设计

3.2硬件电路

3.3 实验验证

3.3.1 基于继电反馈的整定实验

3.3.2变速积分PID控制实验

3.4本章小结

4基于智能算法的PID参数整定

4.1基于模糊的PID参数整定

4.1.1模糊控制的基本原理

4.1.2 PID参数模糊自整定的实现

4.1.3仿真研究

4.2基于神经网络的PID参数整定

4.2.1 基于BP神经网络的PID参数整定

4.2.2 仿真研究

4.3本章小结

5总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢