PID控制技術及其整定方法研究

摘要

PID控制是最早發展起來的控制策略之一，是迄今為止最通用的控制方法，大多數反饋回路用該方法或其較小的變形來控制。PID控制器以其結構簡單，對模型誤差具有魯棒性及易于操作等優點，仍被廣泛應用于冶金、化工、電力和機械等工業過程控制中。

而實際工業生產過程往往具有非線性、不確定性，難以建立精確的數學模型，應用常規的PID控制器難以達到理想的控制效果；在實際生產過程中，由于受到參數整定方法煩雜的困擾，常規PID控制器參數往往整定不良、性能欠佳，對運行環境的適應性較差。針對上述問題，長期以來，人們一直在尋求PID控制器參數的自整定技術，以適應復雜的工況和高指標的控制要求。

本論文深入研究了PID控制理論并分析了PID控制器的控制機理，在此基礎上綜述和分析了現有的幾種常規 PID 參數整定方法。按照簡單、高效、直觀的參數整定原則，分析 PID 控制器的參數自整定算法，給出了公式推導，并選取模型用Matlab軟件做了仿真對比實驗。臨界比例度法簡便而易掌握；衰減曲線法較為準確可靠并且安全；反應曲線法比較麻煩，且測試的準確性也難以保證。

 

關鍵字：PID控制器，PID控制器參數整定方法，Matlab

ABSTRACT

...

KEY WORDS：PID controller，PID controller tuning methods，Matlab

目錄

摘 要III

ABSTRACTIV

第一章 緒論7

1.1  PID控制系統組成及分類7

1.1.1  PID組成7

1.1.2  PID分類8

1.2  PID控制的歷史8

1.3  PID控制系統簡介9

1.4  本文主要內容10

第二章 PID控制系統原理11

2.1  PID原理11

2.2  PID控制器參數對控制性能的影響11

2.2.1  比例作用對控制性能的影響11

2.2.2  積分作用對控制性能的影響12

2.2.3  微分作用對控制性能的影響12

2.3  數字PID控制器13

2.3.1  位置式PID控制算法13

2.3.2  增量式PID控制算法14

2.4  PID小結15

第三章 仿真軟件Matlab/ Simulink17

3.1  Matlab軟件介紹17

3.2  Matlab軟件特點17

3.3  Simulink功能模塊介紹18

3.3.1  連續模塊庫(Continuous)19

3.3.2  離散模塊庫(Discrete)20

3.3.3  函數與表格模塊庫(Function & Table)20

3.3.4  數學模塊庫(Math)21

3.3.5  非線性模塊(Nonlinear)22

3.3.6  信號與系統模塊庫(signals &Systems)23

3.3.7  信號輸出模塊(Sinks)23

3.3.8  信號源模塊庫(Sources)24

3.4  軟件小結24

第四章 PID參數調節26

4.1  臨界比例度法26

4.2  衰減曲線經驗公式法30

4.3  反應曲線法33

4.4  參數調節小結39

4.4.1  PID參數調節經驗39

4.4.2  PID主要調節方法39

第五章 結論41

5.1  控制參數整定方法的評價41

5.2  基本內容41

參考文獻42

致　謝43

畢業設計小結45