【精品】计控论文

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1、刍适应PID控制及其应用摘要：PID控制器是应用最广泛的一种控制策略。由于实际生产过程往往具有非线性和事变不确定性，应川常规P1D控制器不能达到理想控制效果，长期以来人们一直寻求PID控制器参数的自动整定技术，以适应复杂的工况和高指标的控制要求。木文针对大惯性工业对象，设计了一种新的口适应PID调节器控制算法并应用于工业温度控制系统中。实验结果表明，利川自适应控制与PID算法的有机结合，可以使温度控制曲线在不同的阶段平滑过渡，使系统控制过程响应迅速，实现最优控制。背景在控制理论和技术飞跃发展的今天，PID控制由丁•其简单、

2、稳定性能好、可靠性高等优点，仍有其强大的生命力。PID控制器广泛应用于冶金、机械、化工等工业过程控制之中。在PID控制中，一个关键的问题便是PID参数的整定。传统的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T业过程控制中，许多被控过程机理较复杂，具有高度菲线性、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控制屮，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控制

3、将式解决这一问题的有效途径。口适应控制思想与常规PID控制器相结合，形成了所谓口适应PID控制或自校正PID控制技术，人们统称为自适应PID控制。口适应PID控制吸收了口适应控制与常规PID控制器两者的优点。首先，它是门适应控制器，就是说它有自动辨识被控过程参数、门动整定控制器参数、能够适应被控过程参数的变化等一系列优点；其次，它乂具有常规PID控制器结构简单、鲁班性好、可靠性高、为现场丄作人员和设计工程师们所熟悉的优点。自适应PID控制具有的两人优势，使得它成为过程控制的-•种较理想的自动化装置，成为人们竞和研究的对象和

4、自适应控制发展的一个方向。基于参数模型的自校正PID控制自校正控制是口前应用最广的一类自适应控制方法。根据所采用的不同类型的控制算法，可以组成不同类型的自校正控制器，主要有最小方差自校正控制、极点配置口校止控制和以线性二次型最优（LQG）为基础的自校正控制等儿种。本文主耍介绍极点配置自校正控制。三.极点配置自校正PID1・极点配置自校正PID控制极点配置的主要思想是寻求一个反馈控制规律，使得闭环传递函数的极点位于希望的位置。设受控过程的数学模型可用受控自回归滑动平均（ControlledAuto-RegressiveMov

5、ingAverageCARMA）模型描述A（厂）y伙）=z"B（厂加伙）+C（z~l）e伙）（1）式中A（「）=l+m宀…+%严B（L）=b（）+b「+•••+»=（2）C（zT）=l+C]L+・・・+c“z叫一般d为已知，但系数q・（i=l,2,…化）和（j=l,2,•••/?/,）为未知参数，需要在线辨识典型的闭环计算机控制系统结构如图1所示图1典型的闭环计算机控制系统结构系统闭环方程为(3)严〃(L)H(L)儿⑹+F(厂)C(L)心)A(厂)F(L)+z"B(zT)G(zT)由式（1）可见，按增广型自校正闭环极点配

6、置要求，闭环特征多项式应满足4(厂)F(zT)+z"3(zT)G(L)=C(L)7XJ)(4)其中，TG"）为期望特征多项式，有设计者根据实际工况和性能指标要求确定。图1系统可直接写出自校正控制器输出u（k）的表达式为讹）=(5)2.自校正PID控制器的极点配置设计自校正PID控制器的参数校正原则是，通过PID参数的选取，使系统成为具有期望的闭环特征方程。最小相位系统11校正PID控制器的极点配置设计设对彖为线性时变参数模型式中A（z」）=l+£a才3（厂）=仏+工肛-（%工0）i=lPID控制器的数字结构形式为增量式，即

7、C厶古g（）G‘（汀）G，（z）=—~—1-z(7)式中GU）=1+鱼厂+邑gogo为保证闭环稳定，加入一个滤波环节F（z"）为(8)(9)Fz-1）=l+/1z-1系统闭环结构如图2所示。(10)图2H校正PID控制器结构图对于许多工业过程，模型阶次可取为化=2nb=1由于对象是开环稳定的最小相位系统，故可对图中的前向通道传递函数作零、极点对消处理，即令(11)式中这样，可以方便地用P1D控制参数g。、g】、g2来配置极点，即令从而有一a-a2齐一丁gogo%于是，闭环传递函数就可以简化为(14)(15)rz-lx"

8、goZ