PID的自整定控制及其研究

论文摘要

PID控制器从诞生至今,已经历了数十年的历史,并且因其优良的性能仍然是工业自动化领域应用最为广泛的控制器。PID控制器参数整定优劣与否,是PID控制器能否获得良好性能的关键。迄今为止,各种整定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。如ZN法、继电整定法等等。继电整定法因其原理简单、实用且良好的控制效果,被广泛应用于工业控制中。但它仍然是一种一次整定方法,在实际应用中,不能对具有高度非线性、参数时变及纯滞后特性并受随机干扰影响的系统有效控制。这就要求在PID控制中不仅PID参数的整定不依赖于对象的数学模型,而且PID参数能在线调整,这样才能获得理想的控制品质。基于此,本文提出在继电测试法整定出PID参数初值的基础上,再利用模糊推理在线调整PID参数值的策略。所以,这个方法不仅简单实现了一次在线整定,而且实现了在线实时整定。为了论证模糊PID控制的优越性,本课题设计了基于STC89C52单片机的直流电机PWM闭环调速系统,通过硬件调试,得出模糊PID控制优于普通PID控制的结论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 PID 控制概述
• 1.1 PID 控制的历史
• 1.2 PID 整定的现状
• 1.3 PID 控制器的工作原理
• 1.4 数字PID 的两种基本算法
• 1.5 PID 整定方法综述
• 1.5.1 基于被控对象特性的整定方法
• 1.5.2 不依赖于对象特性的整定方法
• 1.5.3 结论
• 2 继电反馈测试法
• 2.1 Z-N 经验公式法
• 2.1.1 最小模型假设
• 2.1.2 经验公式
• 2.2 Z-N 临界比例度法
• 2.2.1 方法简介
• 2.3 Z-N 临界比例度法的缺陷
• 2.4 继电反馈测试法
• 2.3.1 继电测试的原理概述
• 2.3.2 继电测试的理论依据
• 2.3.3 继电测试的优点缺点分析
• 2.5 饱和继电测试法
• 2.6 Z—N 经验公式法，临界比例度法和继电反馈法的仿真对比研究
• 3 基于继电测试的PID 整定法
• 3.1 基于Astrom 法的继电整定
• 3.2 基于给定相位裕度的PM 法自整定公式
• 3.3 一种PID 参数的频域解析整定法
• 3.3.1 PID 整定原理
• 3.3.2 仿真研究
• 3.3.3 结论
• 4 Fuzzy-PID 控制器的设计
• 4.1 引言
• 4.2 PID 控制器参数Fuzzy 调整原理
• 4.3 PID 参数专家调整知识的Fuzzy 调整模型
• 4.3.1 PID 参数的专家整定知识的描述
• 4.3.2 PID 参数Fuzzy 调整模型的建立
• 4.4 输入输出变量的Fuzzy 化
• 4.4.1 E, EC 的模糊化
• P , K_i和K_d 的模糊化'>4.4.2 K_P , K_i和K_d的模糊化
• 4.5 Fuzzy 合成推理算法及调整决策矩阵
• 4.5.1 合成推理算法
• 4.5.2 合成推理计算推导
• P 的解模糊判决'>4.5.3 PID 参数K_P的解模糊判决
• 4.5.4 Fuzzy-PID 控制算法
• 4.6 常规PID 和模糊PID 的比较仿真
• 5 基于继电反馈的模糊PID 控制器设计
• 5.1 引言
• 5.2 基于继电反馈的模糊PID 控制器设计原理
• 5.3 仿真研究
• 5.3.1 对象的仿真
• 5.3.2 仿真分析
• 6 基于模糊PID 算法的直流电机PWM 调速
• 6.1 系统硬件原理
• 6.1.1 直流电动机的调速原理
• 6.1.2 直流电动机的驱动方式
• 6.1.3 脉宽调制（PWM）调速技术
• 6.1.4 电机转速检测方法
• 6.2 硬件系统设计分析
• 6.2.1 单片机选型及资源配置
• 6.2.2 电机特性及其H 桥控制
• 6.3 软件设计及其流程
• 6.3.1 定时器T0 配置及PWM 信号生成
• 6.3.2 定时器T1 配置及速度反馈实现
• 6.4 算法实现
• 6.4.1 系统分析
• 6.4.2 PID 算法实现
• 6.4.3 采样周期对控制系统的影响
• 6.4.4 模糊PID 算法的实现
• 7 设计结论及展望
• 7.1 设计结论分析
• 7.2 设计展望
• 参考文献
• 附录程序
• 在学研究成果
• 致谢