基于多变量的便携式PID参数整定仪的开发

论文摘要

PID控制器是工业中应用最为广泛的控制器,实际工程中PID参数整定问题一直是困扰技术人员的问题之一,因此PID控制器的参数整定问题一直是人们研究的热点。本文在分析了国内外PID参数整定现状的基础上,以两输入两输出PID控制系统为例给出了基于阶跃响应的频域模型辨识方法的MATLAB仿真图,对比了在阶跃信号下辨识模型与原模型的奈奎斯特响应曲线,证明了此方法的精确性。在比较各种多变量参数整定方法优缺点的基础上,应用RGA失调因子法对基于多变量的便携式PID参数整定仪进行整定。分别对ZN、ISTE及RGA失调因子法进行了仿真,仿真结果证明RGA失调因子法具有更好的控制效果。对便携式PID参数整定仪进行了功能分析,以MSP430F169为核心控制单元完成了系统的软硬件设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 多变量PID参数整定研究现状
• 1.3 PID参数整定产品现状
• 1.4 本文的研究目的及意义
• 1.5 本文的主要研究内容及章节安排
• 第2章 模型辨识方法的研究
• 2.1 引言
• 2.2 多变量系统辨识的发展状况
• 2.3 多变量系统辨识方法
• 2.3.1 开环阶跃测试
• 2.3.2 闭环阶跃测试
• 2.3.3 基于频域的模型辨识算法
• 2.3.3.1 信号分解
• 2.3.3.2 递归求解
• 2.3.3.3 模型参数的辨识
• 2.4 算法仿真
• 2.5 本章小结
• 第3章 多变量PID参数整定的研究
• 3.1 引言
• 3.2 PID控制器概况
• 3.2.1 PID控制器的发展过程
• 3.2.2 PID控制原理
• 3.2.3 PID参数对系统性能的影响
• 3.2.4 PID控制算法
• 3.3 常用PID参数整定方法
• 3.3.1 ZN整定法
• 3.3.2 ISTE最优设定方法
• 3.3.3 Cohen-Coon整定法
• 3.3.4 幅值相位欲度法
• 3.4 多变量参数整定方法的研究
• 3.4.1 试凑-误差法
• 3.4.2 最优化方法
• 3.4.3 基于解耦控制方法的参数整定
• 3.4.4 多变量内模PID参数整定
• 3.4.5 RGA失调因子法
• 3.4.5.1 相对增益序列（RGA）
• 3.4.5.2 RGA的性质
• 3.4.5.3 RGA矩阵的计算方法
• 3.4.5.4 RGA失调因子法
• 3.5 仿真
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于MSP430单片机的多变量便携式PID参数整定仪的实现
• 4.1 PID参数整定仪的工作原理
• 4.2 PID参数整定仪的功能分析
• 4.3 PID参数整定仪的硬件电路设计
• 4.3.1 核心控制单元MSP430F169简介
• 4.3.2 显示模块
• 4.3.3 键盘模块
• 4.3.4 电源管理
• 4.3.5 输入模块
• 4.3.6 PCB制图
• 4.4 PID参数整定仪的软件设计
• 4.4.1 PID参数整定仪的软件开发环境
• 4.4.2 PID参数整定仪的主要程序模块
• 4.4.3 PID参数整定仪的总体工作流程
• 4.4.4 键盘扫描
• 4.4.5 A/D采样
• 4.4.6 模型辨识流程
• 4.4.7 参数整定流程
• 4.5 PID自整定装置
• 4.6 本章小结
• 第5章 全文总结
• 5.1 本文总结
• 5.2 对后续工作的展望
• 参考文献
• 附录 便携式PID参数整定仪的硬件电路图
• 后记
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况