PID控制器参数整定方法研究及其应用

• 作 者: 叶政
• 出 处: 北京邮电大学
• 发表日期: 2016年01期
• 关键词: PID控制 参数整定 延时环节近似 内模控制 误差积分指标

PID控制器因为结构简单、容易实现,且具有较强的鲁棒性,因而被广泛应用于各种工业过程控制中。随着工业生产工艺的不断提高,过程控制环境越来越复杂,被控对象出现了大时滞、非线性、干扰因素多的特点,因而PID整定方法的研究受到越来越多的关注,成为自动控制领域重要的研究课题。在评价控制系统的性能时,本文既采用了体现系统稳、准、快的单项性能指标,如超调量、调节时间、上升时间和稳态误差;也采用了综合性能指标,如平方误差积分ISE和时间乘绝对误差积分ITAE。本文基于MATLAB编写性能指标计算函数perfor.m,方便在控制器设计仿真时对不同控制系统响应曲线进行处理计算。本文用泰勒近似、全极点近似、Pade近似方法对一、二阶被控对象中存在的延迟环节进行处理分析。从拟合效果看,对于大延迟系统,Pade近似方法优于其他两种方法,且Pade近似阶数越高,纯延迟阶段的近似效果越好。而从控制性能指标上评判时全极点近似方法较优。本文对经典PID参数整定方法,包括Z-N临界比例度法、Z-N经验公式法、继电器自整定法、C-C法、最佳整定法进行仿真设计。这些整定方法只适用于一阶系统,且为了满足工程应用的最佳超调量(σ%<5%),经典PID整定后的三个参数需进行手动调节。本文针对八种常见模拟控制对象进行内模PID控制器的设计,用鲁棒性性能指标M值和动态性能的指标ITAE对内模PID参数λ进行设计整定。同时随着延时时间的增加,λ的取值随之增加。对于二阶系统内模PID能够很好的进行控制。本文将内模PID控制方法应用于实际的苯乙烯装置中,结果表明内模PID控制器能够较好的改善被控回路的稳态性能。