自适应pid控制研究

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1、自适应PID控制研究摘要：PID控制结构简单、可靠性高，在工业控制中得到了广泛的应用。但是实际工业生产过程往往具有大滞后、非线性、时变不确定性，因此常规PID控制经常达不到理想的控制效果。因此，有必要提出一种算法简单且对被控对象数学模型要求不高的自适应PID控制器。本文围绕这一目标，主要作了一些研究工作：首先对扩充响应曲线法进行改进，提出了扩充响应曲线法开环递推求解算法，简化了PID参数的整定过程。研究结果表明这些工作取得了一定的成果。关键词：PID控制；自适应控制；智能控制；数学模型中图分类号：TP273引言PID控制是比例(P)积分

2、(I)微分(D)控制的简称。在生产过程自动控制的发展历程中，PID控制是历史最久、生命力最强的基本控制方式。在本世纪40年代以前，除在最简单的情况下可采用开关控制外，它是唯一的控制方式。PID控制具有以下优点：(1)原理简单，使用方便。(2)适应性强，它可以广泛用于化工、热工、冶金以及造纸、建材等各种生产部门。按PID控制进行工作的自动调节器早已商品化。(3)鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不大敏感。正是由于具有这些优点，在实际过程控制和运动控制系统中，PID控制都得到了广泛应用。据统计，工业控制的控制器中PID类控制器占有9

3、0%以上。1PID控制器原理在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制。常规PID控制系统原理框图如图1.1所示。系统由模拟PID控制器和被控对象组成。收稿日期：2012-04-22基金项目：XX基金（基金号）；XX基金（基金号）第一作者：男，*通讯联系人：E-mail：liuhanning@yahoo.cn图1.1模拟PID控制系统原理图PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成控制偏差e(t)=r(t)-y(t)(1-1)将偏差的比例(P)、积分((I)、微分((D)通过线性组合构成控制量，

4、对被控对象进行控制，故称PID控制器。其控制规律为1u(t)?kTDde(tp[e(t)?1?e(t)dt?)](1-2)0或写成传递函数形式G(s)?U(s)?kp(1?1?TDs)(1-3)式中，kp一比例系数;T1一积分时间常数;TD一微分时间常数。PID控制器各环节作用如下:(1)比例环节:即时成比例地反映控制系统的偏差信号e(r)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。(2)积分环节:主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数T1,T1越大，积分作用越弱，反之则越强。(3)微分环节:能反映

5、偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。2自适应PID控制PID控制器参数整定的传统方法是在获取对象数学模型的基础上，根据某一整定原则来确定PID参数，然而在实际的工业过程控制中，许多被控过程机理较复杂，具有高度非线性、时变不确定性和纯滞后等特点。在噪声、负载扰动等因素的影响下，过程参数，甚至模型结构，均会发生变化。这就要求在PID控制中，不仅PID参数的整定不依赖于对象数学模型，并且PID参数能在线调整，以满足实时控制的要求。自适应PID控

6、制是解决这一问题的有效途径。自适应PID控制吸收了自适应控制和常规PID控制的优点，是二者相结合的产物。首先，它具有自动辨识被控过程参数、自动整定控制器参数、能够适应被控过程参数的变化等优点;其次，它又具有常规PID控制器结构简单、鲁棒性好、可靠性高、为现场人员和设计工程师们所熟悉的优点。自适应PID控制具有的这两大优势，使得它成为过程控制中一种较理想的自动化装置，成为人们竞相研究的对象和自适应控制发展的一个方向。自适应PID控制器可分为两大类。一类基于被控过程参数辨识，统称为参数自适应PID控制器，其参数的设计依赖于被控过程模型参数的

7、估计。另一类基于被控过程的某些特征参数，如临界振荡增益Kc，临界振荡频率wc等，可称为非参数自适应PID控制器。非参数自适应PID控制器控制参数的设计直接依赖于过程的特征参数和一些工程上常用的经验整定规则。按照控制器参数设计的原理可将自适应PID控制器分为五大类:极点配置自适应PID控制器，相消原理自适应PID控制器，基于经验规则的自适应PID控制器，基于二次型性能指标的自适应PID控制器和智能或专家自适应PID控制器。2.1参数自适应PID控制2.1.1极点配置自适应PID控制器极点配置自适应控制算法由Wellstead等人在1979

8、年首先提出，继而由Astrom和Wittenmark,Vogel和Edgar,Elliott等人改进和深化，成为自适应控制中的一个重要组成部分，Witterunark和Astrom等人在此基础上提出了极点配