PID控制器参数整定方法研究

论文摘要

PID控制器由于具有结构简单、实现容易,鲁棒性较强的优点,因此被广泛应用于各种工业过程控制中。但是由于工业过程对象的精确模型难以建立,参数经常发生变化,因而在使用常规PID控制器进行调节时,往往难以得到最佳的控制效果。PID控制器参数整定的优劣与否,是PID控制器能否获得好的闭环控制效果的重要前提。因此,研究简单实用、控制性能优良的整定方法具有十分重要的意义。本文在综述PID控制器参数整定方法的研究现状的基础上,研究了针对不同控制对象的PID控制器参数整定方法,主要工作和研究内容如下:针对非最小相位时滞系统的超、负调较大,难于抑制的问题,本文提出一种基于Smith预估控制的非最小相位时滞系统PID控制器设计方法,将右半平面零点和纯滞后同时进行补偿,抑制了系统超调、负调。补偿后系统的闭环特征方程中不含右半平面零点和纯滞后,从而控制器的设计可按照无右半平面零点和纯滞后的对象进行,给出较好的PID控制器的参数整定方法。同时,在控制结构中增加了反馈控制器,增强系统对干扰的抑制能力。仿真结果表明,该方法对于非最小相位时滞对象具有较好的控制效果。基于内模(IMC)的鲁棒PID控制方法可使系统获得很好的设定值响应性能,但是抗扰响应很慢的缺点,针对这个问题,本文提出以系统扰动响应为目标的基于IMC的鲁棒PID控制方法,使系统获得了较好的抗扰性能。在此基础上,综合考虑系统的设定值和抗扰响应性能,提出了基于IMC的自适应鲁棒PID控制方法,使系统能够根据不同的控制要求,自适应的改变控制器的参数。针对实验室基于PLC的油水分离器液位控制系统进行了PID控制实验。将所研究的PID控制器参数整定方法应用于油水分离器液位控制实验系统中。实验结果表明,相对于其它基于IMC的PID控制方法,基于IMC的自适应鲁棒PID控制方法能使系统获得较好的设定值和抗扰响应性能,具有较好的实用性和有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 课题的来源及意义
• 1.2 课题的研究现状
• 1.2.1 基于频率的响应方法
• 1.2.2 基于模型的整定方法
• 1.2.3 参数优化方法
• 1.2.4 智能PID整定方法
• 1.2.5 多变量PID控制
• 1.3 论文的研究内容
• 第二章 预备知识
• 2.1 PID控制器介绍
• 2.1.1 PID控制器的结构及原理
• 2.1.2 PID控制器参数对控制性能的影响
• 2.2 控制系统的性能指标
• 2.2.1 动态性能指标
• 2.2.2 内部稳定性
• 2.2.3 鲁棒性能指标
• 2.3 小结
• 第三章 非最小相位时滞对象的PID控制器设计
• 3.1 非最小相位时滞系统
• 3.1.1 非最小相位系统特点
• 3.1.2 非最小相位时滞系统主要PID控制方法
• 3.2 Smith预估补偿方法原理
• 3.3 基于Smith的非最小相位时滞对象PID控制器设计
• 3.3.1 PID控制器设计方案
• 3.3.2 控制器参数λ的整定
• 3.3.3 鲁棒稳定性分析
• 3.3.4 仿真研究
• 3.4 小结
• 第四章 基于IMC的鲁棒PID控制
• 4.1 基于IMC的PID控制器参数整定方法
• 4.1.1 传统IMC-PID方法
• 4.1.2 改进IMC方法
• 4.1.3 基于IMC的鲁棒PID控制
• 4.2 基于IMC的自适应鲁棒PID控制
• 4.2.1 以抗扰性为目标的鲁棒PID控制
• 4.2.2 基于IMC自适应鲁棒PID控制
• 4.3 仿真研究
• 4.3.1 惯性主导过程仿真
• 4.3.2 四阶水箱系统仿真
• 4.3.3 油水界面分离器液位控制系统仿真
• 4.5 小结
• 第五章 油水分离器液位系统实验研究
• 5.1 油水分离器液位控制实验系统
• 5.2 PLC简介
• 5.3 组态软件
• 5.4 对象特性的测定
• 5.5 PID控制实验
• 5.5.1 实验研究
• 5.5.2 实验结果
• 5.6 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的学术成果
• 致谢