《智能PID温度控制技术研究及应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能PID温度控制技术研究及应用（115页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 VI摘 要 PID 控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好及可靠性高，被广泛应用于过程控制和运动控制中，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性系统。在现代控制工程中，PID 算法也在不断地改进与提高，它加强了与计算机技术相结合，运用计算机的运算功能和逻辑判断，使 PID 控制更加灵活多样，更加满足生产过程中提出的多种多样的性能要求。同时，现代控制理论应用于过程控制后，相继出现了一批智能控制理论与较复杂的控制算法，为 PID的应用开辟了更广阔的前景。 本文首先在绪论中对 PID 控制器做了介绍，接着介绍了 PID 自整定的特点以及发展趋势，并说明了课题提出的背景和作者的主要工
2、作。 在第二章中，详细研究了常用 PID 算法，并在此基础上对积分项和微分项进行了改进及 MATLAB 仿真，以及纯滞后系统的大林控制算法及 MATLAB 仿真和纯滞后系统的 Smith 控制算法及 MATLAB 仿真 在第三章中，主要介绍了模糊集合的三个重要概念，模糊控制系统的基本结构和应用，重点介绍了模糊控制与 PID 结合 (Fuzzy-PID) 的控制器。包括：模糊自整定 PID 参数控制器、Fuzzy-PID 双模分段控制器和改进的自调整加权因子模糊控制器。 在第四章中，主要研究了神经网络控制理论与 MATLAB 仿真。重点介绍了单神经元自适应 PID 控制、改进的单神经元自适应 P
3、ID 控制；基于 BP 神经网络参数自整定的 PID 控制 MATLAB 仿真和基于 RBF 神经网络参数自整定的 PID控制 MATLAB 仿真 在第五章中，以实验室已有的 SmartPro 系统、MACS 系统和 AE2000A 型过程控制实验装置，实验并验证常用 PID 算法和神经网络-PID 算法。 关键词关键词： PID 自整定 模糊控制 神经网络控制 VIIABSTRACT KEY WORDS: PID controlling is one of the earliest developed controlling strategies. For its simplicity, r
4、obust and high reliability, its been widely applied to process controlling and movement controlling, especially in systems which are based on precise mathematical models. In modern controlling projects, PID algorithm has developed continuously by making use of computer technology. Using the function
5、alities of computers, such as computation and logic, the PID controlling are getting more flexible, and thus meets the various performance requirements in production process more closely. Meantime, a collection of intelligent controlling theories and complicated controlling algorithms have been intr
6、oduced after the application of modern controlling theory to process controlling, which lays a solid foundation of the application of PID. In this thesis, we first present an introduction of the PID controller, and then we give an overview of the features of PID self-adaptation and its trends. Final
7、ly, we present the background of this thesis work and the main contribution of the author. In chapter 2, we analyzed the mostly-used PID algorithms in detail, based on this, we improved the integral item and differential item, then simulated it with MATLAB. We also present the Dahlin control algorit
8、hm of the pure-delay system and its MATLAB simulation, as well as the Smith control algorithm of the pure-delay system and its MATLAB simulation. In chapter 3, we present the three important concepts of fuzzy collection, the basic structure of fuzzy controlling system and its application. Then we de
9、scribe the Fuzzy-PID controllers in detail, including fuzzy self-adaptation PID parameter controller, fuzzy-PID dual-mode fragmentation controller and improved self-adaptive weighting factor fuzzy controller. In chapter 4, we present the neutral network controlling theory and MATLAB simulation. We i
10、ntroduce the following controlling methods, including the single neuron self-adaptive PID controlling, the improved single neuron self-adaptive PID controlling, the MATLAB simulation of the self-adaptive PID controller based on BP neutral network, and the MATLAB simulation of the PID controller base
11、d on RBF neutral network parameter self-adaptation. In chapter 5, we use SmartPro system, MACS system and AE200A process controlling experiment equipments to verify the mostly-used PID algorithms and the neutral network PID algorithm. KEY WORDS: PID Self-adaptation Fuzzy controlling Neutral network
12、controlling 1 第一章第一章 绪言绪言 PID 控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好及可靠性高， 被广泛应用于过程控制和运动控制， 尤其适用于可建立精确数学模型的确定性系统。据统计，在目前所有的控制系统中，PID 算法约占 80%-90%。在大型的DCS 控制系统中，PID 控制模块占据着主要地位。然而，实际工业生产过程往往具有非线性、时变不确定性，难以建立精确的数学模型、应用常规 PID 控制器不能达到理想的控制效果，而且在实际生产现场，由于受到参数整定方法繁杂等影响，常规 PID 控制器往往整定不良、性能欠佳，对运行工况的适应性很差，特别是在多变量耦合、时
13、变、大时滞、强干扰等复杂动态特性的系统中，PID 很难获得理想的控制效果，甚至产生不稳定。所以，简单 PID 控制及控制参数整定技术已难以满足这些需求， 必须加以改进，计算机技术和智能控制理论的发展为复杂动态不确定系统的控制提供了新的途径。 1.1 国内外国内外 PID 研究现状、发展动态研究现状、发展动态 1.1.1 PID 控制的发展经历控制的发展经历 PID 控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其结构简单、物理意义明确、鲁棒性好、稳定性高、运用经验成熟等而广泛地应用于各种工业过程控制之中，尤其应用在各种控制系统的最底层。 PID 控制的发展经历了三个阶段： 第一阶段（二十世纪二十年代以
14、前） 机器工业的发展，对控制提出了要求。反馈的方法首先被提出，在研究气动和电动记录仪的基础上发现了比例和积分的作用。 它们主要的调节对象是火炉的温度蒸汽机的阀门位置等，调节方式类似于继电器控制，精度比较低，控制器的形式是比例（P）或比例与积分（PI） 。 第二阶段（二十世纪二十年代至四十年代） 1935 年，泰勒仪器公司的 Ralph Clavvidge 发现了微分的作用，微分作用的发现具有重要的意义， 它能直观地实现对慢系统的控制， 对该系统的动态性能能够进行调节，与先期提出的比例和积分作用成为三个主要的调节部件，一直沿用至今。在 1942 年和 1943 年， 泰勒仪器公司的 Zigele
15、r 和 Nichols 等人， 分别在开环和闭环2 的情况下，用实验的方法分别研究了比例、积分和微分这三部分在控制中的作用，首先提出了 PID 控制器的参数整定的问题。随后有许多公司和专家，象福克斯波罗公司、 利诺公司、 横河公司、 Bristol、 Tw.Kraus、 J.T.Myron、 A.carmon、 K.j.Astrom、 T.Hagglund、Nishkawa 和 Sannomiya 等人，投入到这方面的研究之中，经过多年的研究，在参数整定方面取得了很多成果，诸如自校正 PID、预估 PID 等控制器。这些 PID 控制器适用范围广，能处理一定的非线性和纯滞后问题。 第三阶段（二
16、十世纪五十年代以后至今） 计算机技术和智能控制理论的发展为复杂动态不确定系统的控制提供了新的途径，采用智能控制技术，可设计智能 PID 控制器和进行智能整定 PID 参数，如专家控制系统、模糊 PID、神经网络 PID、遗传算法 PID 等智能控制。 1.1.2 PID 控制中存在的问题控制中存在的问题 对于 PID 控制尽管取得了一系列的研究成果和应用经验，但人们对 PID 的认识和改进还远没有完成。到目前为止对 PID 的机理、适用范围、鲁棒性等问题还没有彻底的全面的分析研究。 事实上， PID 并非万能的控制器， 在存在多变量耦合、时变、大时滞、强干扰等复杂动态特性的系统中，PID 很难获得理想的控制效果，甚至产生不稳定。因此，有必要对 PID 的控制机理进行全面的分析，并对在上述场合中的应用提出改进的办法。 问题一：PID 控制器的参数整定。传统的整定方法是在获得被控对象数学模型的基础上按照某种整定原则来进行 PID 参数值的整定。而实际的工业生产过程往往具有非线性、时变不确定性，难以建立精确的数学模型，应
