自整定pid控制的理论、软件及应用研究

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1、上海交通大学博士学位论文自整定PID控制的理论、软件及应用研究姓名：徐江华申请学位级别：博士专业：控制理论与控制工程指导教师：邵惠鹤20040401上海交通大学博士学位论文自整定PID控制的理论软件及应用研究摘要比例积分微分PID是在工业过程控制中最常见的一种控制算法由于PID控制算法简单在实际中容易被理解和实现因此它被广泛应用于化工冶金机械热工和轻工等工业过程控制系统中许多高级控制都是以PID控制为基础的但PID参数的整定一般需要经验丰富的工程技术人员来完成既耗时又耗力加之实际系统千差万别又有滞后非线性等因素使PID参数的整定有一定的难度致使许多PID控

2、制器没能整定的很好这样的系统自然无法工作在令人满意的状态因此研究自整定PID控制具有重要意义论文主要研究了基于继电反馈的辨识方法和基于鲁棒性能指标的PID控制器整定方法同时将两种方法有机地结合起来给出了适用于不同过程对象的PID控制器自整定方法下面简要介绍论文的主要工作和贡献1.提出了适用于自衡过程的几种改进型PI/PID控制器自整定方法首先给出了一种具有抗负载扰动能力的改进型继电反馈方法在标准继电反馈实验中一旦出现幅值较大的负载扰动过程输出不会产生振荡在改进型继电反馈实验中无论出现多大幅值的负载扰动过程输出依然能够产生振荡因而可以克服标准继电反馈方法存在

3、的缺陷接着根据一种最优PI控制器的整定方法提出了一种基于改进型继电反馈的辨识方法将二者相结合起来构成了一种自整定PI控制器该自整定PI控制器克服了著名的AstromHagglund方法存在的一些问题并且给出了满意的控制效果最后提出了一种PID控制器自整定方法该方法引入两种继电反馈实验辨识出过程对象的二阶加纯滞后模型然后基于鲁棒性能指标设计PID控制器提出的PID控制器自整定方法适用于广泛的被控对象2.提出了几种积分过程和不稳定过程的PID控制器自整定方法针对积分过程和不稳定过程给出了简单实用的PID控制器自整定方法PID自整定方法首先需要辨识出对象的低阶加

4、纯滞后模型然后根据模型基于鲁棒性能指标设计PID控制器积分过程的模型是通过矩形脉冲响应和标准继电反馈实验辨识出来的不稳定过程的模型是通过偏置继电反馈实验辨识出来的PID控制器整定方法的主要思想是采用双回路控制结构和基于鲁棒性能指标的控制器设计方法从而可以克服传统PID控制器在结构上存在的局限性,最终通过简化控制结构得到了设定值加权PID控制器参数的整定公式仿真结果表明了提出的PID控制器自整定方法的有效性和实用性3.提出了基于鲁棒性能指标的大滞后过程PI控制器整定方法针对较难控制的大滞后过程提出了一种简单的PI控制器整定方法首先引入偏置继电反馈辨识出一个一

5、阶加纯滞后模型,然后基于鲁棒性能指标设计PI控制器PI控制器对上海交通大学博士学位论文于大滞后过程具有较好的控制效果4.结合十五863项目复杂工业过程的先进控制技术与软件中PID参数自整定的应用研究子项的研究基础上开发了具有自主知识产权的基于ADAM5510的PID参数自整定系统将改进的PID参数自整定方法应用到PID控制器中使PID控制器参数的整定更加快速有效目前已经将成果进行了软件产品的申报已获软件产品登记证书证书号沪DGY-2002-02625.工业以太网是一种新兴的基于网络的控制系统基于TCP/IP协议的工业以太网使得整个网络只有一种通讯协议可以满

6、足控制系统各个层次的要求可以便捷地访问远程系统或与Internet连接从而能够实现办公自动化网络与工业控制网络的无缝连接PID控制在工业过程控制中广泛应用它的参数自整定技术在现场备受欢迎将PID自整定技术和工业以太网技术相结合建立了基于工业以太网的PID参数自整定系统并且实现了论文中提出的几种积分过程PID控制器自整定方法6.将论文中提及的PID控制器自整定方法在实际工业过程中进行应用在自行开发的生物发酵罐自动控制系统中将PID自整定技术应用于转速自动控制中并给出了实际运行结果实际运行结果表明PID自整定技术可以快速地整定出PID参数并且整定后的PID控制

7、器具有良好的控制效果因此PID自整定技术在实际工业应用中具有重要意义关键词PI/PID控制继电反馈辨识自整定工业过程鲁棒性能指标负载扰动ADAM5510工业以太网生物发酵罐转速控制上海交通大学博士学位论文Auto-tuningPIDControlTheory,SoftwarePackageandIndustrialApplicationAbstractThePIDcontrolisthemostcommoncontrolalgorithm.PIDcontroliswidelyappliedonchemical,metallurgical,mechanica

8、l,thermoelectricalandlightindustr