先进PID控制算法研究应用.doc

安阳师范学院本科学生毕业论文 基于MATLAB优异PID算法研究 作　　者　　 系（院） 物理和电气工程学院 专　　业　电气工程及自动化 年　　级　　 级 学　　号　　 指导老师　　 高 相 铭 日　　期　　 5月 学生诚信承诺书 本人郑重承诺：所呈交论文是我个人在导师指导下进行研究工作及取得研究结果。尽我所知，除了文中尤其加以标注和致谢地方外，论文中不包含其它人已经发表或撰写研究结果，也不包含为取得安阳师范学院或其它教育机构学位或证书所使用过材料。和我一同工作同志对本研究所做任何贡献均已在论文中作了明确说明并表示了谢意。 署名：　　　　　　　　　　日期：　　　　　　　　 论文使用授权说明 本人完全了解安阳师范学院相关保留、使用学位论文要求，即：学校有权保留送交论文复印件，许可论文被查阅和借阅；学校能够公布论文全部或部分内容，能够采取影印、缩印或其它复制手段保留论文。 署名：　　　　　　　　导师署名：　　　　　　　日期： 基于MATLAB优异PID算法研究 温 峰 （安阳师范学院 物理和电气工程学院 河南 安阳 455002） 摘 要： 本文选择积分分离、变速积分和不完全微分三种非标准PID控制算法为代表，简明介绍了优异PID控制算法原理及实现过程，叙述了常规PID控制算法不足，并分析了多个优异PID控制和常规PID控制不一样。试验验证关键采取MATLAB仿真方法，使用M语言编程实现多种PID控制进行对比，论证优异PID控制较常规PID控制优越性。 关键词： PID控制；数字控制；饱和现象； 1引言 PID控制是最早发展起来控制策略之一，因为其算法简单、鲁棒性好和可靠性高显著优点而广泛应用于过程控制和运动控制中，在工业控制领域中占有很关键地位。 伴随科技进步，大家对控制品质要求也越来越高。在实际生产现场中，因为受到参数整定方法限制，常规PID控制器往往整定不良、性能欠佳，对运行工况适应性很差，这就极大限制了传统PID控制器应用。计算机在控制系统中应用使这种情况有所改变。为了不停满足工业过程控制多种要求，大家不停利用计算机对PID控制器算法进行改善，而对常规PID控制算法改善就称之为优异PID。 2 常规PID控制 PID控制系统关键由被控对象和控制器两部分组成。PID控制过程为：控制系统将输入值和输出值做差，得到系统偏差，对偏差进行百分比、积分和微分运算，再将处理后结果相加得到总控制量，再对被控对象进行控制，组成PID控制器。PID控制是基于对偏差“过去”、“现在”和“未来”信息估量一个线性控制算法。常见模拟PID控制系统图2-1所表示。微分 微分 积分 被控对象 百分比 c(t) r(t) － + + + 图2-1 PID控制方框图 图2-1中，PID控制器输出是系统误差分别经过各步骤处理后线性组合关系，表示式以下: (2-1) 其传输函数形式通常为: (2-2) 式中，，是百分比增益，是积分时间常数，是微分时间常数。 PID控制器各校正步骤作用以下： 百分比步骤：代表了现在信息，即时地、成百分比地反应控制系统偏差信号。偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以降低偏差，使过渡过程反应快速。缺点是稳定性下降，甚至造成系统不稳定。 积分步骤：代表了过去信息，经过计算误差信号积分值并乘以一个积分系数，来纠正信号偏差。误差值是过去一段时间误差和。关键用于消除静差、提升系统无差度，改善系统稳定性能。缺点就是加入积分调整会使系统稳定性下降，动态响应变慢。 微分步骤：代表了未来信息，计算误差一阶导，并和微分系数相乘。这个导数表示了误差信号改变速度，也会对系统改变作出反应。反应偏差信号改变趋势，并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个早期修正信号，从而加紧系统动作速度，降低调整时间。缺点就是对噪声干扰有放大作用。 在实际设计PID控制器时，通常是在微控制器中实现。要用计算机实现连续系统中模拟PID控制规律，就要对其进行离散化处理，变成数字PID控制器。在采样周期远小于信号改变周期时，可作以下近似： （2-3） 式中，T为采样周 期；k为采样序号，k=