过程控制 pid论文

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1、过程控制作业姓名：常孔帅学号：310808020105班级：自动化08—1学院：电气学院1.PID控制的背景介绍目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。闭环控制系统如图1-1所示。图1-1闭环系统框图一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出量经过输出接口给执行机构，通过执行机构加到被控对象上。控制系统的被控量，经过传感器和变送器，通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器、变送器、执行机构

2、是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器，电加热控制系统的传感器是温度传感器。执行机构如步进电机、伺服电机液压与气动执行装置等。在工程实际中，应用最为广泛的控制器控制规律为比例(proportional)、积分(integral)、微分(derivative)控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其算法简单、鲁棒性好、可靠性高，被广泛应用于过程控制和运动控制。各种各样的PID控制器产品已在工程实际中得到了广泛的应用，

3、有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，有实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的PC系统等等。据统计，工业控制的控制器中PID类控制器占90%以上。PID控制成为工业控制的主要技术之一。PID参数包括pk,ik,dk。PID控制适用于无法建立精确数学模型的控制系统。随着工业发展，被控对象复杂程度不断加深，尤其是对于大滞后、时变的、非线性的复杂系统，其中有的参数未知或变化缓慢，有的带有延时或随机干扰，有的无法获得比较精确的数学模型或模型比较粗糙，加之人们对控制品质的日益提高，常规PID的控制缺陷逐渐暴露出来：PID控制参数一般是人工整定

4、，要求设计者有丰富的工程经验。尽管用于参数整定的方法有很多种，如工程上常用的扩充临界比例法，凑试法和阶跃曲线法，但这些方法都是根据对象的特性离线的进行，而且是阶段性的非自动的其次：一次性得到的PID参数很难保证控制效果始终处于最佳状态，对于时变对象和非线性系统，经典PID控制更是显的无能为力。因此常规PID控制受到很大的限制和挑战。计算机技术和智能控制理论的发展为复杂动态不确定系统的控制提供了新的途径。近年来PID控制已与智能控制相结合。出现了专家PID控制、模糊PID控制、神经网络PID控制、基于遗传算法的PID控制。各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器，

5、其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现的。目前，对于PID控制系统稳定性的研究工作主要集中在对PID控制器的参数pk,ik,dk稳定域的研究和对PID控制下控制对象参数稳定域的研究。2.PID控制的原理PID控制即比例、积分、微分控制，（1）比例P控制器实质上是一个具有可调增益的放大器。（2）具有积分规律的控制器，称为I控制器。I控制器的输出信号与其输入信号的积分成正比。由于I控制器的积分作用，当输入信号消失后，输出信号有可能是一个不为零的常量。（3）微分D控制器在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自

6、动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化超前，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入比例项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态

7、特性。调节器的作用是把给定值和测量值进行比较，算出偏差后，根据一定的调节规律产生输出信号，推动执行器，对生产过程进行自动调节。掌握一个调节器的特性，最首要的问题是弄清楚它具怎样的调节规律，也就是它的输出量与输入量之间具有什么样的函数关系。调节器中最简单的一种是两位式调节器，它的输出仅根据偏差信号的正负，取0或100%两种输出状态的一种，这种调节器的使用优点是执行器特别便宜，例如用一个开关便可控制电炉的温度。但这种调节器的输出只有通、断两种状态，调节过程是一种不断做上下变化的振荡过程，借助调节对象自身热惯性的滤波作用