基于继电反馈的PID自整定控制

摘要

PID控制几乎遍及了整个工业自动化领域，然而在实际应用中，PID控制器参数整定大多是由控制工程师人为进行，对于工况复杂多变的实际现场来说费时费力，而PID自整定技术减轻了控制工程师现场调试的工作量，越来越多地被应用于实际工业控制过程。 通过对PID控制器和自整定方法的全面分析，确定继电反馈自整定方法为研究的重点，并且在原始方法的基础上，采用带有滞环的继电环节代替标准继电环节，推导出新计算公式求得新的临界增益和临界振荡周期，并通过理论分析和仿真实验证明了滞环宽度对于控制效果的影响。另外，为了模拟实际控制输出存在限幅的情况，在仿真实验中加入饱和器以限制控制量的输出，这样整定出来的PID参数更适用于实际控制场合。为了改进PID参数整定公式，提出了一种求取PID参数整定公式的新方法，该方法利用MATLAB强大的编程功能和SIMULINK图形仿真功能，以IAE值最小为目标，基于跟踪性能和调节性能最优，获得相应的PID参数，通过数据拟合软件获得了两套新PID参数整定公式。 为了证明新整定公式的有效性，设计开发了基于力控组态软件和研华ADAM4000系列模块的温度控制系统。该系统的上位监控软件采用力控组态软件，采用ADAM4000系列智能模块采集现场数据。通过新整定公式获得的PID参数加载到力控组态软件中控制小型水锅和电热炉。实际试验结果表明通过新整定公式得到的PID参数在实物平台实验中取得了不错的控制效果。

目录

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 PID控制简介

1.2.1 PID控制算法特点

1.2.2 PID控制算法的发展状况

1.2.3 PID参数对系统性能的影响

1.2.4 控制规律的选择

1.3 PID参数自整定技术

1.4 PID自整定控制器商品介绍

1.5 论文的主要研究内容

第二章 基于继电反馈的PID自参数整定方法

2.1 继电反馈算法分析

2.1.1 继电辨识理论基础

2.1.2 整定规则

2.2 原始继电反馈自整定算法存在的问题

2.3 继电反馈辨识方法的发展

2.3.1 多点频率特性的获取

2.3.2 简单模型的辨识方法

2.4 继电反馈自整定方法的研究方向

第三章 继电反馈PID参数自整定方法的研究

3.1 仿真试验平台搭建

3.1.1 MATLAB语言简介

3.1.2 SIMULINK建模方法

3.1.3 S函数的编写方法

3.2 限幅对于控制系统的影响

3.3 滞环宽度对于控制系统的影响

3.4 PID参数整定公式的改进

3.4.1 PID整定公式的发展

3.4.2 基于IAE值最小的PID参数

3.4.3 数据拟合技术

3.5 仿真试验验证

第四章 基于调节性能最优的继电反馈PID自整定

4.1 引言

4.2 基于调节性能最优的PID参数整定公式

4.3 仿真试验验证

第五章 新整定公式的实物平台验证

5.1 组态软件

5.1.1 组态软件的概念及发展状况

5.1.2 力控组态软件

5.1.3 力控组态软件在温控系统中的应用

5.2 水温控制系统

5.3 电热炉温度控制系统

5.4 试验结果分析

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

致 谢