PDF《PID 控制》

PID 控制 PID Control 王蕾宋文忠 (东南大学自动化所 ,南京 210096) 摘要现代 PID 控制是将自适应控制、 最优控制、 预测控制、 鲁棒控制和智能控制策略引入到传统PID 控制中的一种新型 PID 控制.

简要回顾了 PID 控制器的发展历程 ,重点介绍了基于专家系统、 模糊控制和神经网的智能 PID 控制器的研究概况 ,并对 PID 控制今后 的发展进行了展望. 关键词 控制 PID 控制 智能 PID 控制 回顾 展望 Abstract Modern PID control is a kind of new PID control which is introducing strategies of self2adaptive control , optimal control , predicted control , robust control and intelligent control. The developing history of PID controllers is reviewed and the general research situation of intelligent PID controller based on expert system , fuzzy control and neural network is emphasized. The developing prospects of PID control in the future are given. Key words Control PID control Intelligent PID control Review Prospects

0 引言 上世纪

20 年代 ,Minorsky 在对船舶自动导航的研 究中 ,提出了基于输出反馈的 PID 控制器的设计方 法[1] ,到了上个世纪

40 年代 PID 控制器已在过程控制 中得到了广泛的应用[2~5] .但随着工程系统的日益复 杂化和对控制要求的精确化 ,传统的 PID 控制器的不 足之处也逐渐显露出来.如用于非线性和不确定性系 统 ,其鲁棒性还不够强 ;

用于时变系统 ,其适应性还不 够快 ;

用于多变量关联系统 ,其协调性还不够好等.于 是人们试图寻找性能更优良的新一代控制器. 研究新一代控制器的一个方向 ,就是从上世纪

50 年代末到本世纪初由 Kalman 等控制学家建立并逐步 完善的现代控制理论.提出了基于状态反馈的控制 , 继而又对基于状态反馈控制器的最优控制、 自适应控 制和鲁棒控制等进行了大量和深入仔细的研究 ,形成 了系统的理论体系 ,并在卫星发射、 导弹飞行、 自动驾 驶仪等方面发挥了作用.但是 ,由于它对微分方程数 学模型过分依赖 ,控制算法过于复杂 ,因而可实现性较 差.据统计 ,在工程控制中现代控制理论构成的控制 回路占总回路数的比例还不到

115 % ,而90 %以上的 控制工程中至今仍然采用 PID 及其改进形式的控制 器[6] .因此 ,近年来 ,在工程控制中人们的注意力又逐 步回到了 PID 控制. 研究新一代控制器的另一个方向 ,是现代 PID 控 制器.相对于传统 PID 控制器而言 ,现代 PID 控制器 是将自适应控制、 最优控制、 预测控制、 鲁棒控制、 智能 控制等控制策略引入到 PID 控制中的一种新型 PID 控 制器.特别是智能型 PID 控制器 ,近几年引起了极大 的研究兴趣.人们把专家系统、 模糊控制、 神经网络等 理论 ,整合到 PID 控制器中 ,这样 ,既保持了 PID 控制 器的结构简单、 适用性强和整定方便等优点 ,又通过智 能技术在线调整 PID 控制器的参数 ,以适应被控对象 特性的变化. 人们对 PID 控制器的再认识和再研究的兴趣正日 益高涨[8] ,图1给出了被 EI 收录的关于 PID 控制器研 究的文献统计[7] .2000 年召开的一次 IFAC 会议上[2] , 对PID 发展历史和现状的分析及对未来的展望 ,进一 步使国际控制界对 PID 有更深的认识和更高的研究热 情. 图1近30 年PID 文章发表的统计

1 PID 控制的发展历程 自PID 控制被提出起 ,控制器参数的整定方法就 一直是人们研究的热点问题之一.1942 年Ziegler2 Nichols 方法[9] 被提出,并得到了广泛的应用和改进[12] ;