PDF《PID 控制》

后来又出现了 Cohen2Coon 响应曲线方法[10] 和Kappa2Kau 调节方法[11] .这3种方法都是根据系统的 频域或时域响应曲线 ,测得相关参数 ,进而通过经验公

1 PID 控制 王蕾,等 式计算得到 PID 控制器参数的 ,适用于参数的离线调 整.这些方法属于经验公式法 ,具有一定的鲁棒性. 但只能适用于满足经验公式条件的对象 ,且只利用了 较少的系统动态特性信息 ,所以得到的控制器性能也 是很局限的.在此之后 ,针对不同的控制要求 ,各种不 同的参数整定方法被提出:极点配置方法、 最小方差自 整定法、 LQG设计方法等.这些方法根据系统的要求 , 通过公式计算出控制器各参数的精确值 ,可使系统要 求性能达到较高的标准.但得到的控制器 ,对模型参 数误差和干扰很敏感.基于幅/ 相裕度的方法[13] 克服 了这些缺点 ,它基于被控对象开环传递函数的 Nyquist 曲线上的关键点 ,与控制器参数之间的关系 ,通过调节 控制器参数 ,使系统达到要求的稳定裕度.这种方法 是基于系统频域特性的 ,对对象的参数不敏感 ,是一种 鲁棒调节方法.随着智能技术的应用 ,智能整定方法 也相继出现 :模式识别参数整定方法、 神经网络方法、 遗传算法参数整定方法、 基于规则的整定方法等.智 能整定方法具有很大的灵活性 ,灵活运用专家知识和 经验 ,使控制器的适用范围扩大 ,其中 ,基于遗传算法 的整定方法 ,可以在特定的条件下 ,通过调节控制器的 参数 ,使系统的性能达到全局最优 ,但它的寻优速度很 难提高 ,这与它本身的理论基础有关. PID 控制器参数整定技术虽然已经有了很大发展 和改进[14] ,但由于传统 PID 控制器的结构还不完美 , 普遍存在积分饱和、 超调量大以及由于微分作用对高 频干扰的敏感而导致的系统失稳等缺点.通过对 PID 控制结构的一些改进来提高控制性能.如对积分环节 的改进 ,得到积分分离 PID 控制算法、 遇限削弱积分 PID 控制算法等 ;

对微分环节进行改进 ,得到不完全微 分PID 控制算法、 微分先行 PID 控制算法、 带死区的 PID 控制算法等.它们在不同程度上克服了传统 PID 控制的缺点.积分分离算法克服了积分饱和 ,可以显 著降低系统的超调 ,缩短过渡时间.遇限削弱积分算 法可以避免控制器长时间留在饱和区.不完全微分算 法 ,对高频噪声起到了滤波作用 ,对有用信号的微分时 间加长、 从而达到改善系统动态性能的目标 ,可以适用 于控制质量要求较高的场合. 传统 PID 控制的另一个问题是不能使目标值跟踪 特性和干扰抑制特性同时最优 ,而任何一个工业过程 对扰动抑制品质和跟踪给定品质都是有要求的.

1963 年I. M. Horowitz 提出了二自由度 PID 控制理论.二 自由度 PID 调节器[15] ,是一种复合型的 PID 调节器 ,具 有两组可以相对独立调整的参数 ,使得目标值跟踪特 性和干扰抑制同时达到最优.典型的二自由度 PID 调 节器有给定值滤波型、 给定值前馈型、 反馈补偿型和回 路补偿型.从理论上讲 ,由于二自由度 PID 控制的结 构特点 ,使其更适合控制要求 ,但是 ,在实际应用中 ,由 于二自由度 PID 参数整定复杂 ,严重阻碍了其推广应 用.目前关于二自由度 PID 参数整定的研究主要集中 在三个方面[16] :减少整定参数数量;

采用一组参数固 定的二自由度 PID 控制器 ;