鲁棒PID控制系统的研究

论文摘要

在现实的工业生产过程中,特别是过程控制系统的应用中,PID由于其简单可靠、易于实现、鲁棒性较好的优点,获得了广泛的应用。但是实际工业过程的控制对象往往是非线性、具有延迟、带有一定的不确定性的,用固定参数的常规PID控制器往往得不到很好的控制效果。为了增强常规PID控制器对不确定性的容忍能力,即鲁棒性,鲁棒PID控制器的研究就显得很有意义了。然而在鲁棒PID控制系统的研究中,它们几乎都是采用完全微分PID。众所周知,完全微分PID的微分作用只持续一个周期,微分作用相当于不怎么起作用,从而不能达到有效超前控制误差的目的。同时由于该周期幅值过大,很容易造成计算机中数据的溢出,甚至会给系统的执行机构带来不利的影响。为了克服这些不利影响,有必要研究鲁棒不完全微分PID控制器。本文的研究内容如下:一、介绍了不完全微分PID控制器,同时以不完全微分PID控制器为基础,综合遗传算法,对控制器的参数进行优化,设计出了基于遗传算法的鲁棒不完全微分PID控制器,利用优化得到的PID控制器参数使系统取得了很好的控制效果。二、利用youla参数化理论、Pade近似、综合运用灵敏度极小化原理设计了基于H_∞的鲁棒不完全微分PID控制器,给出了该控制器的参数化表达式,这种控制器只需要整定一个参数,方便了控制器的整定过程。由于在设计时考虑了系统的鲁棒性,所以利用该鲁棒PID控制器所控制的系统具有较高的鲁棒性。三、将上述两种方法应用于工业过程,对于带有一定不确定性的工业控制过程进行仿真,研究结果表明上述两种方法设计的鲁棒PID控制器具有较高的鲁棒性,能满足实际工业的需要,改善了控制系统的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 PID控制的发展历程及其问题
• 1.2 PID控制器简介
• 1.2.1 PID控制器的基本原理
• 1.2.2 PID控制器的作用
• 1.2.3 PID控制器的特点
• 1.3 鲁棒控制
• 1.4 鲁棒控制理论的发展
• 1.5 鲁棒PID控制的研究现状
• 1.6 本文的主要内容
• 第二章 PID控制的参数整定
• 2.1 Ziegler-Nichols整定方法
• 2.2 改进的Ziegler-Nichols法
• 2.3 ISTE最优设定方法
• 2.4 幅值相位裕量方法
• 2.5 本章小结
• 第三章 控制系统的鲁棒性分析
• 3.1 控制系统的鲁棒性基础
• 3.2 PID控制系统的鲁棒性分析
• 3.3 性能分析
• 3.4 鲁棒稳定性问题
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于遗传算法的鲁棒不完全微分PID控制系统的研究
• 4.1 不完全微分PID控制器
• 4.2 基于遗传算法的鲁棒不完全微分PID控制器的设计
• 4.2.1 遗传算法简介
• 4.2.2 基于遗传算法的鲁棒不完全微分PID控制器的设计
• 4.2.3 目标函数的确定
• 4.3 基于遗传算法的鲁棒不完全微分PID控制器的应用
• 4.4 本章小结
• ∞的鲁棒不完全微分PID控制系统的研究'>第五章 基于H_∞的鲁棒不完全微分PID控制系统的研究
• 5.1 预备知识
• 5.1.1 Pade近似
• 5.1.2 youla参数化理论
• ∞的鲁棒不完全微分PID控制器的设计'>5.2 基于H_∞的鲁棒不完全微分PID控制器的设计
• ∞的鲁棒不完全微分PID控制器的应用'>5.3 基于H_∞的鲁棒不完全微分PID控制器的应用
• ∞的鲁棒不完全微分PID控制系统的仿真'>5.3.1 基于H_∞的鲁棒不完全微分PID控制系统的仿真
• 5.3.2 不同种方法的对比仿真
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢