pid控制系統(tǒng)分析、設(shè)計與技術(shù)

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1、桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙第37頁共38頁編號：畢業(yè)設(shè)計(論文)外文翻譯（原文）院（系）：機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動化學(xué)生姓名：寧曉鵬學(xué)號：指導(dǎo)教師單位：機(jī)電工程學(xué)院姓名：王斌職稱：講師2012年5月2日桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙第37頁共38頁P(yáng)ID控制系統(tǒng)分析、設(shè)計與技術(shù)KiamHeongAng,GregoryChong,StudentMember,IEEE,andYunLi,Member,IEEE摘要-設(shè)計和整定一個比例-積分-微分（PID）控制器似乎是可以通過概念就能理解，但是實(shí)際上，如果同時要多個性能指標(biāo)比如快速性和可靠性達(dá)

2、到要求，則可能是困難的。通常，通過各種方法獲得的最初設(shè)計需要通過電腦仿真進(jìn)行重復(fù)的調(diào)整直到閉環(huán)系統(tǒng)工作或者達(dá)到要求。這促進(jìn)了智能工具的發(fā)展，這些工具可以幫助工程師在整個工作流程中獲得最佳的總體PID控制。這種發(fā)展已經(jīng)進(jìn)一步的促進(jìn)一些PID硬件模塊的高級整定算法（的使用）。與這些發(fā)展相一致，這篇文章概述性的介紹了（PID）在專利、軟件包和商業(yè)硬件模塊中的功能和整定方法。為了提高瞬態(tài)性能，已經(jīng)開發(fā)出了很多類似的PID控制方法。但是由于標(biāo)準(zhǔn)化和模塊的需要，現(xiàn)在仍然面臨挑戰(zhàn)。系統(tǒng)辨識和基于PID系統(tǒng)的軟件智能技術(shù)有助于整個設(shè)計的自動化，使整定過程到達(dá)一個起作用的點(diǎn)。這也應(yīng)該有助

3、于”plug-play”控制器的發(fā)展，這種控制器將被廣泛應(yīng)用，它的設(shè)置很容易，并且會優(yōu)化操作以滿足提高生產(chǎn)力、改善質(zhì)量和減少維護(hù)的需要。索引術(shù)語-專利，比例-積分-微分（PID）控制，PID硬件，PID軟件，PID整定。桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙第37頁共38頁Ⅰ.介紹通過三項功能指標(biāo)來處理瞬時性和穩(wěn)態(tài)性，比例-積分-微分（PID）控制為現(xiàn)實(shí)中的控制問題提供了最簡單也最有效率的解決方法。自從1910年P(guān)ID控制和1942年Ziegler-Nichols直接整定方法發(fā)明以后，PID控制的普及已突飛猛進(jìn)。隨著數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步，為現(xiàn)在自動控制科學(xué)的控制方案提供了一

4、個廣泛的選擇。然而，超過90％的工業(yè)控制器仍然采用基于PID的算法，特別是在最低水平的時候[5]，因為其他控制器沒有PID控制器提供的相匹配的簡單，功能明確，適用性以及易于使用(的特點(diǎn)）[32]。它的廣泛使用已經(jīng)促進(jìn)并保持了各種PID自整定技術(shù)、復(fù)雜的軟件包和硬件模塊的發(fā)展。PID控制器的成功和經(jīng)久不衰是在最近的國際會計師研討會上的一個特點(diǎn)，其中，致力于PID的研究論文超過90篇[28]。隨著許多在這一領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究成熟并進(jìn)入“收益遞減”的區(qū)域，目前的研究和發(fā)展趨勢是將以軟件的形式（研發(fā)）PID技術(shù)，集中可用的方法，從而獲得最佳的PID控制[21]。許多基于軟件的技術(shù)已

5、經(jīng)能夠在硬件模塊中實(shí)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)的按需調(diào)整。而為了尋找未來的PID整定的關(guān)鍵技術(shù)，探索還在繼續(xù)。本文提供了一個包括PID軟件包、商業(yè)PID硬件模塊和專利的PID整定規(guī)則的現(xiàn)代PID技術(shù)的概述。首先，第二部分突出PID的基礎(chǔ)和關(guān)鍵的問題。第三節(jié)則轉(zhuǎn)而關(guān)注獲得了專利的PID整定規(guī)則。第四部分則是一項對現(xiàn)有的PID軟件包的調(diào)查。在第五部分中，對進(jìn)程中使用的PID硬件和調(diào)整方法的控制供應(yīng)商進(jìn)行了討論。最后，是第六部分，是關(guān)于其中一些學(xué)術(shù)研究之間的突出差異和工業(yè)實(shí)踐。Ⅱ、三項功的能、設(shè)計與整定A.三項功能和并行結(jié)構(gòu)PID控制器可以看作是一種位于原點(diǎn)和其他無窮幾點(diǎn)之間的相位超前-滯后

6、補(bǔ)償?shù)臉O端形式。同樣的，它的近似形式，PI和PD控制器，也可以分別視為極端形式的相位滯后和相位領(lǐng)先補(bǔ)償器。一個標(biāo)準(zhǔn)的PID控制器也被稱為三段控制器，其傳遞函數(shù)一般以并行的形式（1）或者以理想的形式（2）給出。桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙第37頁共38頁其中Kp是比例增益，KI是積分增益，KD是微分增益，TI是積分時間常數(shù)，TD是微分時間常數(shù)，三段功能的強(qiáng)調(diào)如下：．比例項—提供了一個通過全通增益系數(shù)，并且和誤差信號成正比的整體控制。．積分項—通過采用低頻補(bǔ)償?shù)姆e分器，減少穩(wěn)態(tài)誤差。．微分項—通過采用高頻補(bǔ)償?shù)奈⒎制?，改善瞬態(tài)響應(yīng)。這三個方面在閉環(huán)系統(tǒng)中的不同影

7、響可以總結(jié)為表格Ⅰ.請注意此表僅僅能作為開環(huán)系統(tǒng)的第一指南。為獲得最佳性能，KP,KI(TI)和KD(TD)需要相互配合的進(jìn)行整定。表格Ⅰ單獨(dú)的P,I和D整定的影響閉環(huán)響應(yīng)上升時間超調(diào)建立時間穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)定性增加KP減少增加小幅增加減少下降增加KI小幅減少增加增加大幅增加下降增加KD小幅減少減少減少微小的變化提高從學(xué)術(shù)界到工業(yè)界，通常認(rèn)為增加了微分增益的KD,將會提高穩(wěn)定性。然而，在實(shí)踐中的從業(yè)人員常常發(fā)現(xiàn)，積分項可以對這樣一種預(yù)期起到相反的作用，尤其是當(dāng)存在一個傳輸延遲時。在整定KD過程中的挫折，使得許多操作人員關(guān)掉或者去掉這個衍生項。這