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计算机控制系统三级项目 单位负反馈系统的PID控制器设计及参数整定 目录 一．PID控制概述与研究现状 1 二．PID控制在液压系统中的应用 2 三．课题分析与设计 3 PID控制概述 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制 器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不 到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不 完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。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。 比例控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。 积分控制 在 积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有 差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积 分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳 态误差。 微分控制 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 调节过程中的动态特性。 PID控制中一个关键的问题便是PID对参数的整定，使PID控制系统达到所希望的控制性能。但是在实际的应用中，许多被控过程机理复杂，具有高度非线性、时变不确定性和纯滞后等特点，特别是在噪声、负载扰动等因素的影响下，过程参数甚至模型结构均会随时间和工作环境的变化而变化。在实际工业生产中，只有约1/3的PID控制器取得了令人满意的效果，最近的PID控制器向智能算法发展。比较流行的智能控制器有以下几种。 模糊PID控制器 模糊控制的优点是不要求提供受控对象的数学模型，根据人工控制规则来设计控制决策表。在很多情况下被称作非线性PID控制。将模糊控制和PID控制结合起来，扬长避短，既具有模糊控制灵活、适应性强的优点，又有PID控制精度高的特点。 神经网络PID控制器 人工神经网络是最近发展起来的热门学科。基于神经元控制的理论和机理已获得进一步的开发和应用。尽管基于神经元的控制能力还比较有限，但由于神经网络控制器具有学习能力和记忆能力、概括能力、并行处理能力、容错能力等重要特性，仍然有许多基于ANN的控制器被设计出来,这类控制器具有并行处理、执行速度快、鲁棒性好、自适应性强和适于应用等优点，广泛的应用在控制领域。对于自动控制来说,神经网络有具有自适应功能，泛化功能，非线性映射功，高度并行处理功能等几方面优势〔2〕，这使得神经网络成为当今一个非常热门的交叉学科,?广泛应用在电力，化工，机械等各行各业，并取得了比较好的控制效果。 遗传算法PID控制器 随着计算技术的发展，遗传算法有了很大的发展。将遗传算法用于控制器参数整定，已成为遗传算法的重要应用之一。遗传算法(GA)，是1962年由美国的J.H.Holland提出的一种模仿生物进化过程的最优化方法。是以自然选择与遗传理论为基础，将生物进化过程中适者生存与群体内部染色体的随机信息交换机制相结合的全局有哪些信誉好的足球投注网站算法。经过几十年的发展，GA算法的研究日渐成熟。与传统的优化算法相比，GA具有如下优点：(1)不是从单点，而是从多点开始有哪些信誉好的足球投注网站；(2)在有哪些信誉好的足球投注网站最优解时，不受问题性质(连续性、可微性)的限制只需由目标函数