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《浙江大学》 2005年
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PID控制器参数整定方法及其应用研究

何芝强  
【摘要】:PID控制器因为结构简单、容易实现,并且具有较强的鲁棒性,因而被广泛应用于各种工业过程控制中。作为一种广泛的控制规律,PID控制在相当长的一段时问内,并没有因为各种先进控制算法的出现而遭到淘汰,相反,经过时间的考验,PID控制仍然在各种控制技术中占着主导地位。 PID控制器参数整定优劣与否,是PID控制器能否在实用中得到好的闭环控制效果的一个前提。迄今为止,各种先进PID控制器参数整定方法层出不穷,给PID控制器参数整定的研究带来了活力与契机。但在实际应用中,同经典的PID控制器参数整定方法相比较而言,这些先进的整定方法并没有像预期的那样产生完美的控制效果。这主要是因为PID控制器结构上的简单性决定了它在控制品质上的局限性,并且这种简单性使得PID控制器对大时滞、不稳对象等被控对象的控制性能不是很好;同样,PID控制器只能确定闭环系统的少数零极点,无法得到更好的闭环控制品质;此外,PID控制器无法同时满足对设定值跟踪和抑制外扰的不同性能要求。 本文阐述了常用的经典PID控制器参数整定方法,并用MATLAB/SIMULINK工具对这些方法做了一定的仿真。在此基础上,针对SISO(Single Input and Single Output)最小模型系统,提出了两种实用的PID控制器参数整定方法。主要的工作概括如下: 在对基于给定相角裕度PID控制器参数整定方法(PM法)进行深入研究的基础上,提出了一种更为实用的PID控制器参数整定新方法,并详细地推导了相应的PID控制器参数整定公式。该方法解除了PM法中相角裕度和滞环宽度之间存在的固定函数关系,能够根据对象特性的不同,灵活地选取继电特性参数,从而得到品质更好的等幅振荡,使得PID控制系统具有更佳的闭环控制效果,并具有比PM法更好的实用性。 针对实际中常用的飞升曲线法难以确定最大斜率处和利用系统信息较少的不足,提出了一种基于曲线拟合的PID控制器参数整定方法。该方法利用对象的飞升曲线进行多项式拟合,较好地解决了常用飞升曲线法的不足,并充分利用对象飞升曲线的中段信息,在实用中避免多次实验,从而能省时、省力地完成PID控制器参数整定工作。而且,该方法能够通过MATLAB编程方便地实现,具有一定的实用价值。 最后是对整篇文章的综述和个人的一点展望。
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