PID控制器的鲁棒分析与设计

摘要

该文从分析控制系统的性能指标入手,从抗干扰性能和鲁棒性能两方面综合考虑控制器的设计,得到一种鲁棒PID控制器的设计思路,把PID控制器的设计问题转化为求解一个带鲁棒性能约束的绝对误差积分指标(IAE)优化问题.鉴于问题是非凸的,该文采用遗传算法来求解,仿真结果表明了该文方法的有效性和一般性.由于遗传算法的搜索过程复杂,实时性也不好,该文提出鲁棒图的概念,运用图形方法来辅助判断PID参数的整定结果,并得出一些有趣的结论.最后,针对典型工业过程,本文提出一组鲁棒PID整定公式,通过曲线拟合得到典型工业过程的PID控制器的整定公式.仿真结果表明本文的PID整定公式有效,且控制器具有良好的抗干扰能力和频域鲁棒性.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2课题内容和背景

1.2.1 PID控制算法的理论基础

1.2.2传统的PID控制器参数整定方法

1.2.3 PID控制器设计方法中尚需解决的问题

1.3本文研究的内容

第二章鲁棒PID控制器的设计

2.1鲁棒控制理论概述

2.1.1鲁棒控制理论的发展

2.1.2模型不确定性

2.2鲁棒理论在PID控制器设计中的应用

2.2.1基于μ分析的鲁棒PID控制器设计

2.2.2基于混合灵明度的PID控制器设计

2.3鲁棒PID控制器的设计

2.3.1鲁棒性能分析

2.3.2系统性能分析

2.3.3控制器设计

2.4本章小结

第三章PID控制器整定方法的鲁棒性研究

3.1鲁棒图

3.1.1等M圆

3.1.2鲁棒图

3.2传统整定方法的鲁棒性研究

3.3本章小结

第四章基于遗传算法的鲁棒PID控制器的设计

4.1遗传算法概述

4.1.1历史背景

4.1.2最优化、遗传算法与数学规划

4.1.3标准遗传算法(Canonical Genetic Algorithms)操作程序

4.1.4遗传算法的特点和关键

4.2 Matlab遗传算法工具箱(GOAT)简介

4.3基于遗传算法的鲁棒PID控制器实现

4.4仿真实例

4.5本章小结

第五章鲁棒PID控制器的整定公式

5.1典型工业过程的PID整定

5.1.1一阶迟延过程(FOPDT)

5.1.2积分迟延过程(Intrgrating Processes)

5.1.3不稳定迟延过程(FODUP)

5.1.4二阶迟延过程(SOPDT)

5.2典型工业过程的鲁棒PID整定公式

5.2.1一阶迟延过程(FOPDT)

5.2.2积分迟延过程(Intrgrating Processes)

5.2.3不稳定迟延过程(FODUP)

5.2.4二阶迟延过程(SOPDT)

5.3控制系统仿真

5.1.1一阶迟延过程(FOPDT)

5.1.2积分迟延过程(Intrgrating Processes)

5.1.3不稳定迟延过程(FODUP)

5.1.4二阶迟延过程(SOPPDT)

5.4本章小结

第六章结论与展望

参考文献

致谢

在学期间发表论文和参加科研情况