基于PLC的智能PID方法研究与实现

摘要

PLC作为目前自动化领域的主流控制器具有强大的技术优势，随着工业的不断发展，控制对象越来越复杂，常规PID控制往往由于参数整定不良而使控制系统的性能欠佳；将智能控制与常规PID控制相结合所形成的智能PID控制器，显示出强大的优势；同时，将智能PID控制算法嵌入PLC中也成为当今研究的热点。本文主要工作如下：
　　（1）分析三容水箱液位控制系统实验装置的结构、工艺流程以及CompactLogix系列PLC的硬件与软件系统；结合串级PID控制的基本结构和特点，在CompactLogix上设计并实现了液位串级PID控制。
　　（2）研究模糊控制系统的组成和模糊控制器的设计原理，结合常规PID控制算法，设计了模糊自适应PID控制器；借助MATLAB软件中模糊逻辑工具箱提供的图形界面（GUI）工具，建立离线控制表，并将生成的控制表存储在PLC的标签中；然后通过RSLogix5000编程软件实现输入量模糊化，根据得到的模糊量进行在线查表运算，最终实现PID参数的自适应调整；随后对模糊自适应PID算法进行改进，使得误差和误差变化的加权系数均可调，以适应不同控制过程的控制要求。
　　（3）研究神经网络控制系统的结构和原理，利用RBF网络对被控对象进行在线辨识，BP网络根据系统运行状态及RBF网络提供的信息，通过自身权系数的调整，实现PID参数的在线自适应调整；针对BP网络存在收敛速度慢的问题，本文在算法中引入动量项进行改进；根据RSLogix5000编程软件的特点，在CompactLogix系列PLC上设计并实现了神经网络自适应PID控制算法。
　　（4）设计了基于FactoryTalkViewStudio的三容水箱液位监控界面，具有显示系统当前运行状况和历史数据，并提供用于控制的操作界面；利用三容水箱液位监控界面对实验装置进行试验，验证了智能PID控制较常规PID控制具有更好鲁棒性和更好的动静态性能。

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