PID控制器参数稳定域与自调整技术的研究

摘要

PID控制器结构简单、鲁棒性强，具有实现简单的特点，广泛应用于各种工业过程控制中。作为一种广泛的控制率，PID控制技术一直是控制领域研究的热点问题。
　　PID控制器参数的合理性直接影响系统的控制效果。近年来，各种 PID参数整定方法层出不穷。本文提出一种基于频域分析法求取 PID控制器参数稳定域的方法，即首先根据闭环稳定性条件得到比例增益Kp的范围，遍历Kp取值，从而得到 Ki-Kd的二维稳定域，重点针对线性时不变系统设计一阶和二阶控制器，算法具有快速性和准确性的特点，并给出了该算法应用的仿真实例。针对工业中常见时滞系统，对时滞环节进行等效近似，结合频域分析法可得到延时系统 PID参数稳定域。通过大量实验仿真表明各种近似方法对稳定域具有不同的影响程度，其中，二阶非对称Pade近似获得稳定域的方法是最准确的。
　　串级控制是一类双闭环控制系统，其结构优于单回路控制模式，能够使系统获得更好的性能指标。本文对该类系统 PID参数自调整技术进行了深入研究。首先通过稳定域的方法设定 PID控制器初值并结合过程参数辨识出系统模型，最后根据IMC方法调整出满足性能要求的控制器参数，仿真实例证明了该算法的有效性。
　　一般系统多采用 PID控制类型，但其不能抵抗复杂非线性等因素对系统的影响。为了满足高精度和高可靠性要求，本文在线性 PID算法的基础上结合非线性控制器及扰动力矩观测器，设计一种自抗扰的控制策略，达到了抑制非线性因素及未知扰动的目的，并基于实验室两惯量伺服系统模型验证了该算法的可行性。