基于PLC的液位控制系统设计文献综述.doc

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1、摘要本文讨论了过程控制的控制策略的发展，介绍了最为传统的，也是现今应用最广泛的PID控制，和先进控制算法，列举了典型的先进控制算法-预测控制，同吋提到了先进控制的发展方向智能控制，包括模糊逻辑控制，专家控制，神经网络控制和鲁棒控制。通过对这些控制算法的分析，对过程控制控制策略的发展进行了展望。关键词：古典控制理论；PID控制；先进控制；预测控制1・引言过程控制通常是指石油、化工、冶金、轻工、纺织、制药、建材等工业生产过程屮的自动控制，它是自动化技术的一个极其重要的方面，它的发展与生产过程自身的发展紧

2、密相关，经历了一个由简单到复杂、从低级到高级，并正向纵深发展的过程。从过程控制采用的理论与技术手段來看，可以粗略地把它划为三个阶段:开始到70年代为第一阶段，70年代至90年代初为第二阶段,90年代初为第三阶段开始。其屮70年代既是古典控制应用发展的鼎盛吋期,乂是现代控制应用发展的初期,90年代初既是现代控制应用发展的繁荣吋期，又是高级控制发展的初期。第一阶段是初级阶段，包括人工控制，以古典控制理论为主要基础，采用常规气动、液动和电动仪表，对生产过程屮的温度、流量、压力和液位进行控制，在诸多控制系统

3、屮，以单回路结构、PID策略为主，同时针对不同的对象与要求，创造了一些专门的控制系统。第二阶段是发展阶段，以现代控制理论为主要基础，以微型计算机和高档仪表为工具，对较复杂的工业过程进行控制。这阶段的建模理论、在线辨识和实吋控制已突破前期的形式，继而涌现了大量的先进控制系统和高级控制策略，如克服对象特性吋变和环境干扰等不确定影响的自适应控制，消除因模型失配而产生不良影响的预测控制等。这阶段的主要任务是克服干扰和模型变化，满足复杂的工艺要求，提高控制质量。第三阶段是高级阶段⑴，已经来到。从过程控制的发展

4、过程来看，它是随着控制策略的发展而发展的。2.PID控制在牛产过程自动控制的发展历程屮,PID控制是历史最久生命力最强的基木控制方式。它简单实用，易于实现，适用范围广，鲁棒性好，在现今的工业过程屮获得了广泛的应用•据统计，口前工业控制器屮约有90%仍是PTD控制器。PTD控制器的设计及其参数整定一直是控制领域所关注的问题。其设计和整定方法得到国内外广泛研究，著名的如Ziegler-Nichols法、基于内模控制的方法及基于误差的积分的优化方法。基于误差的积分准则由于能较好地反映闭环系统的性能以及易于

5、计算的原因，在PTD优化设计屮被广泛采用⑵。2.1PID控制发展历程PID控制技术的发展可以分为两个阶段。⑶20世纪30年代晚期微分控制的加入标志着PID控制成为一种标准结构，也是PID控制两个发展阶段的分水岭。第一个阶段为发明阶段（1900〜1940）PID控制的思想逐渐明确，气动反馈放大器被发明仪表工业的重心放在实际PID控制器的结构设计丄。1940年以后是第二阶段——革新阶段。在革新阶段，PID控制器已经发展成一种鲁棒的、可靠的、易于应用的控制器。仪表工业的重心是使PTD控制技术能跟上工业技术

6、的最新发展。从气动控制到电气控制到电子控制再到数字控制，PID控制的体积逐渐缩小，性能不断提高。一些处于世界领先地位的口动化仪表公司对PID控制器的早期发展做出重要贡献，甚至可以说卩ID控制器完全是在实际工业应用屮被发明并逐步完善起来的。值得指出的是,1939年Taylor仪器公司推出的一款带有所谓“Preact"功能的名为“Fulscope”的气动控制器以及同时期Foxboro仪器公司推出的带有所谓“Hype「re-set”功能的“Stab订og”气动控制器都是最早出现的具有完整结构的PID控制器

7、。“Pre-act”与“Haper-re-set”功能实际都是在控制器中加入了微分控制。卩ID控制至今仍是应用最广泛的一种实用控制器。各种现代控制技术的出现并没有削弱PID控制器的应用，相反，新技术的出现对于PID控制技术发展起了很大的推动作用。一•方面，各种新的控思想不断被应用于PTD控制器的设计Z屮或者是用新的控制思想设计岀具有PID结构的新控制器PID控制技术被注入了新的活力。另一方面,某新控制技术的发展要求更精确的PID控制，从而激活了PID控制器设计与参数整定技术的发展⑶。总结近年来PID

8、控制的发展趋势,可以将PID控制的发展分为两个大方向:传统PTD控制技术的继续发展和各种新型控制技术与PTD控制的结合。传统PTD控制的发展包括自整定技术，变增益控制和自适应控制。传统PTD控制的发展可以改善PID控制的效果，使PID控制器的自动化程度和对环境的适应能力不断提高。各种新型控制技术与PID控制的结合包括新控制技术应用于PID控制器的设计与整定之屮或者是使用新的控制思想设计出具有PID结构的新控制器。诸如模糊控制、神经网络等新型控制技术与PTD控制的结合扩