PID控制技术及其整定方法研究

摘要

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。

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。

本范文深入研究了PID控制理论并分析了PID控制器的控制机理，在此基础上综述和分析了现有的几种常规 PID 参数整定方法。按照简单、高效、直观的参数整定原则，分析 PID 控制器的参数自整定算法，给出了公式推导，并选取模型用Matlab软件做了仿真对比实验。临界比例度法简便而易掌握；衰减曲线法较为准确可靠并且安全；反应曲线法比较麻烦，且测试的准确性也难以保证。

 

关键字：PID控制器，PID控制器参数整定方法，Matlab

ABSTRACT

...

KEY WORDS：PID controller，PID controller tuning methods，Matlab

目录

摘 要 III

ABSTRACT IV

第一章 绪论 7

1.1  PID控制系统组成及分类 7

1.1.1  PID组成 7

1.1.2  PID分类 8

1.2  PID控制的历史 8

1.3  PID控制系统简介 9

1.4  本文主要内容 10

第二章 PID控制系统原理 11

2.1  PID原理 11

2.2  PID控制器参数对控制性能的影响 11

2.2.1  比例作用对控制性能的影响 11

2.2.2  积分作用对控制性能的影响 12

2.2.3  微分作用对控制性能的影响 12

2.3  数字PID控制器 13

2.3.1  位置式PID控制算法 13

2.3.2  增量式PID控制算法 14

2.4  PID小结 15

第三章 仿真软件Matlab/ Simulink 17

3.1  Matlab软件介绍 17

3.2  Matlab软件特点 17

3.3  Simulink功能模块介绍 18

3.3.1  连续模块库(Continuous) 19

3.3.2  离散模块库(Discrete) 20

3.3.3  函数与表格模块库(Function & Table) 20

3.3.4  数学模块库(Math) 21

3.3.5  非线性模块(Nonlinear) 22

3.3.6  信号与系统模块库(signals &Systems) 23

3.3.7  信号输出模块(Sinks) 23

3.3.8  信号源模块库(Sources) 24

3.4  软件小结 24

第四章 PID参数调节 26

4.1  临界比例度法 26

4.2  衰减曲线经验公式法 30

4.3  反应曲线法 33

4.4  参数调节小结 39

4.4.1  PID参数调节经验 39

4.4.2  PID主要调节方法 39

第五章 结论 41

5.1  控制参数整定方法的评价 41

5.2  基本内容 41

参考文献 42

致　谢 43

文档设计小结 45