PID参数整定论文.doc

中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文） PAGE 3 中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文） 中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文） 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u 第1章 前言 1 1.1 PID控制发展概况 1 1.2 PID参数整定方法概述 2 第2章 PID控制算法及参数整定 4 2.1 PID控制算法 4 2.1.1 PID控制器的基本原理 4 2.1.2数字PID控制器 6 2.2 常规PID参数整定方法 9 2.2.1 Ziegler-Nichols整定方法 9 2.2.2 改进的Ziegler-Nichols整定方法 10 2.2.3 ISTE最优设定方法的经验公式 11 2.2.4 Haalman法的计算公式 12 2.2.5 KT整定法 14 第3章 基于遗传算法的PID参数寻优 16 3.1 遗传算法概述 16 3.2 标准遗传算法操作 17 3.2.1 编码方式 17 3.2.2初始种群的设定 19 3.2.3适应度函数 20 3.2.4遗传操作 20 3.2.5 收敛性 25 3.2.6遗传算法中关键参数的确定 26 3.3 遗传算法的主要步骤 27 3.3.1 准备工作 27 3.3.2 基本遗传算法的步骤 27 3.4遗传算法PID参数整定的编程实现 28 3.4.1初始群体 28 3.4.2 编码 28 3.4.3 基本操作算子 30 3.4.4 目标函数 33 3.4.5 画图 33 第4章 PID整定方法的仿真应用 35 4.1 一阶对象 35 4.2 二阶对象 37 4.3 三阶对象 39 第5章 结论 41 致谢 42 参考文献 43 附录 44 PAGE 4 中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文） PAGE 1 第1章 前 言 1.1 PID控制发展概况 PID控制是最早发展起来的控制策略之一，是迄今为止最通用的控制方法，大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制。PID调解器及其改进型是在工业过程控制中最常见的控制器，至今在全世界过程控制中用的80%以上仍是纯PID调解器，若改进型包括在内则超过90%。我们今天所熟悉的PID控制器产生并发展与1915--1940年期间，尽管自1940年以来，许多先进控制方法不断推出，但PID控制器以其结构简单，对模型误差具有鲁棒性及易于操作等优点，仍被广泛应用于冶金、化工、电力和机械等工业过程控制中。但是同其它控制方法一样，近几十年来，PID控制方法和技术也处于不断发展中，出现过以下几种控制思想: (1) 自适应控制思想和常规PID控制器相结合的自适应PID控制或自校正PID控制。它既能自动整定控制器参数、能够适应被控过程参数的变化，也具有常规PID控制器结构简单、鲁棒性好、可靠性高等优点。 (2) 智能控制与常规PID控制相结合形成的智能PID控制。它具有不依赖系统精确数学模型的特点，对系统的参数变化具有较好的鲁棒性。 (3) 模糊控制和PID控制器两者的结合具有模型控制灵活而适应性强的优点，又具有PID控制精度高的特点。适用于工业控制过程中大滞后、时变、非线性的复杂系统，它可以不要求掌握受控对象的精确数学模型，而根据人工控制规则组织控制决策表，然后由该表决定控制量的大小。 (4) 神经网络PID控制。神经网络具有自学习能力和大规模并行处理能力，在认知处理上比较擅长。 (5) 预测PID控制。预测控制算法采用非参数模型，不通过复杂的系统辨识来建立过程的数学模型，而是通过检测到的过程响应根据某一优化性能指标设计控制系统，确定一个控制量的时间序列，是未来一段时间内的被调量与经过柔化后的期望轨迹之间的误差最小。 而实际工业生产过程往往具有非线性、不确定性，难以建立精确的数学模型，应用常规的PID控制器难以达到理想的控制效果;在实际生产过程中，由于受到参数整定方法烦杂的困扰，常规PID控制器参数往往整定不良、性能欠佳，对运行环境的适应性较差。针对上述问题，长期以来，人们一直在寻求PID控制器参数的自整定技术，以适应复杂的工况和高指标的控制要求。微机处理技术的发展和数字智能控制器的实际应用，以及近年来各种先进算法的不断涌现，为控制复杂系统开辟了新途径。 1.2 PID参数整定方法概述 自从有了PID控制，回路整定一直就是人们研究的问题之一，许多整定方法及公式己经开发出来。最早提出PID参数工程整定方法是在1942年，由Ziegler和Nichols提出，简称为Z-N经验公式，即