基于dSPACE的智能PID控制方法应用研究

摘要

随着计算机技术和仿真技术的高速发展，实时在线实物或半实物仿真技术逐渐成为各种控制系统设计或控制器开发的重要手段。面对复杂的控制系统对象，为了提高控制方法的研究效率，快速解决在控制方法研究时遇到的问题，需要搭建一套可靠的半实物控制系统仿真平台，用来实现在线生成代码、下载调试及系统仿真，从而实现控制方法及控制器的高效、快速研究与开发。
　　本文设计了基于 dSPACE的实时半实物仿真平台，该平台可以完成控制器快速原型设计与测试，通过与MATLAB/Simulink完全无缝连接，实现实时在线控制方法的研究。本文基于该平台对智能PID控制方法的应用进行了研究。
　　首先，介绍了基于 dSPACE实时系统的半实物仿真实验平台的设计，包括硬件部分：基于 dSPACE实时系统的电加热炉温度控制及电机转速控制实验装置的设计；软件部分：将控制系统由 Matlab/Simulink框图模型转换为 C语言下载到dSPACE主板中的方法、ControlDesk实时在线调试及GUI设计系统上位机界面。
　　其次，本文详细介绍了传统PID控制、遗传算法优化的PID控制及单神经元自适应 PID控制的原理，并针对过程控制中典型电加热炉的温度及运动控制中永磁直流电机转速的优化分别设计了三种控制器，旨在利用 dSPACE半实物仿真控制平台，快速高效地解决温度参数与速度参数的控制问题。
　　最后，本文将传统PID、遗传算法优化PID及单神经元自适应PID方法，应用于过程控制中典型电加热炉温度及运动控制中永磁直流电机转速的控制，分别进行了仿真实验，以及基于 dSPACE实时系统的半实物仿真实验。上述三种算法的应用研究结果表明，本文所研究的智能PID方法相比于传统PID均可以大大缩短获得最佳控制的周期，既具有传统 PID结构简单、容易实现的特点，也具备智能方法的优化、自学习等优质特征；所获得的最佳控制效果较传统 PID方法具有超调量小，调节时间短，稳态误差几乎为零的优势；基于 dSPACE的半实物仿真平台可以提供可靠的硬件系统，使得控制方法的研究过程实现短时高效。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究的目的及意义

1.2 国内外研究现状分析

1.3 本文的总体结构

第2章 基于dSPACE的控制系统设计

2.1 系统总体方案设计

2.2 硬件设计

2.3 软件设计

2.4 本章小结

第3章 智能PID控制器设计

3.1 PID控制理论

3.2 遗传算法优化PID

3.3 单神经元自适应PID

3.4 本章小结

第4章 智能PID控制方法应用研究

4.1 建立模型及下载控制方法

4.2 电加热炉温度控制的应用

4.3 永磁直流电机转速控制的应用

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢