浙江大学
硕士学位论文
PID控制器参数整定方法及其应用研究
姓名：何芝强
申请学位级别：硕士
专业：控制理论与控制工程
指导教师：褚健;苏宏业
20050301
浙江大学硕士学位论文
第一章绪论
１．１引言
摹于偏差的比例（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａ：）、移｛分（Ｉｎｔｅｇｒａｌ）和微分（Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）的控制器简称为ＰＩＤ控制器，它是工业过程控制中最常见的一种过程控制器。由于ＰＩＤ控制器算法简单、鲁棒性强㈨２Ｉ，因而被广泛应朋于化工、冶金、机械、热工和轻工等工业过程控制系统中。
尽管工业自动化飞速发展，但是Ｐ１Ｄ控制技术仍然是工业过程控制的基础【３】Ｄ根据日本有关调查资料显示，在现今使用的各种控制技术中，ＰＩＤ控制技术占８４．５ｏＡ，优化ＰＩＤ控制技术占６．８％，现代控制技术占１．６％，手动控制占６．６％，人工智能（ＡＩ）控制技术占０．６％。如图１．１．１所示。
图１．１．１各种控制技术使用现状图
如果把ＰＩＤ控制技术和优化ＰＩＤ控制技术加起来，则占到了９０％以上，而文献『４］指出，工业过程控制中，９５％以上的回路具有ＰＩＤ结构。因此，可以毫不夸张地说，随着工业现代化和其他各种先进控制技术的发展，ＰＩＤ控制技术仍然不过时，并且它还占着主导地位。同时，由于工业过程对象的精确模型难以建立，系统参数又经常发生变化，因而在用Ｐ［Ｄ控制器进行调节时，又往往难以得到最佳的控制效果。
本章将首先回顾ｌｉｄ控制器的结构、理论基础和ＰＩＤ控制器各参数对控制效果的影响及几种改进的ＰＩＤ控制器算法；接着阐述数字ＰＩＤ控制器及其算法；然后对ＰＩＤ控制器商业化产品的发展做一个简要的介绍；最后提出本文研究工作的总体结构。
１．２ＰＩＤ控制器简介
１．２．１ＰＩＤ控制器的结构及原理
ＰＩＤ控制器是一种基于偏差“过去、现在和未来”信息估计的有效而简单的控
第二章常规ＰＩＤ控制器参数整定方法及研究
系统出现极限环，获取所需要的临界信息。并且，该法避免了ＺＮ法整定时间长、临界稳定等问题，目前已成为丁程中最常用的ＰＩＤ控制器参数整定方法之一。该方法将在随后的章节里介绍。
２．３．３仿真研究
为了便于同ＺＮ经验公式法进行控制效果的仿真比较，选取章节２．２．３所用的对象模型，即假设对象模型为：Ｇ（ｓ）＝三＿
。－ｏ５ｓ
Ｓ十ｌ
图２．３．１所示为对象模型在临界增益下的临界振荡图。
（ａ）（ｂ）
图２．３１对象模型的闭环临界振荡图
图２．３．１（ａ）所示为在对象模型在整个仿真时间内的闭环振荡图，此时临界振荡增益为Ｋ。＝４．４：同时，为了方便计算临界周期Ｌ，特画出仿真时Ｉ＇Ｂｑｔ＝６００ｓ～６５０ｓ时的对象临界振荡图，如图２．３．１（ｂ）所示，此时求得振荡周期为兀＝１．７５ｓ。
由表２．３．１可求得ＺＮ临界比例度法的ＰＩＤ控制器整定值为
Ｋ。＝２６４，耳＝０．８５，乃＝Ｏ．２１８８
又由章节２．２．３已经得到的ＺＮ经验法ＰＩＤ控制器参数为
Ｋ。＝２．４，乃＝ｌ，乃＝Ｏ．２５
可以作出ｚＮ临界ＬＥ例度法与ＺＮ经验法ＰＩＤ控制器阕环控制效果图，如图２．３．２所示。