PID控制算法综述【文献综述】

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1、毕业论文文献综述电气工程及自动化PID控制算法综述摘要：随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，在冶金，化工，机械等各类工业控制过程中，PID控制算法得到了广泛的使用。在很多情况下，只需采用商品化的常规调节器进行PID控制就可以实现其控制任务。目前大多数工业控制都是PID控制器或其改进型。尽管在控制领域，各种新型控制器不断涌现，但PID控制器还是以其结构简单，易实现等优点，处于主导地位。本文讨论PID控制算法。关键字：PID控制算法控制器1.引言PID控制室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

2、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。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的确定性系统，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中，由于受到参数整定方法繁杂的困扰，常规PID控制器参数[1]往往整定不良，性能欠佳，对运行工况的适应性很差。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和进行PID的智能整定[2]。2.PID控制算法控制算法[3]是微机化

3、控制软件系统的一个重要组成部分，整个系统的控制功能主要由控制算法来实现。目前提出的控制算法有很多种。根据偏差的比例（P），积分（I），微分（D）进行控制，称为PID控制[3]。实际运行经验和理论分析都表明PID控制能满足相当多工业对象的控制要求，至今仍是一种应用最广的控制算法。PID控制原理[4]：比例（P）控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。积分（I）控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统的积

4、分成正比关系。4对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。微分（D）控制在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中

5、可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象[5]，比例+微分(PD)控制

6、器能改善系统在调节过程中的动态特性。采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制，称为过程控制。在模拟控制系统中，以微型计算机来代替模拟调节器，就构成了微机过程控制系统。在模拟控制系统中，调节器最常用的控制规律是PID控制。常规PID控制系统由模拟PID调节器，执行机构及控制对象组成。常规PID控制器，其控制规律[6]为式中：u(t)为PID控制器输出，被控对象输入；e(t)为PID控制器输入，误差信号，Kp为比例系数，T1为积分时间常数，TD为微分时间常数。各校正环节的作用是：（1）比例环

7、节即时成比例地反映控制系统的偏差信号e(t)；偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用以减小偏差。（2）积分环节主要用于消除静差，提高系统的误差度。积分作用的强弱取决于积分时差常数T1。T1越大，积分作用越弱，反之则越强。（3）微分环节能反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号的值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。常用的PID控制系统有单回路PID控制系统，串级PID控制，纯滞后系统的大林控制[7]等等。单回路PID控制系统只有一个PID控制器。而串级P

8、ID控制系统偶2个PID控制器。其主要优点：（1）将干扰加到副回路中，由副回路控制对其进行抑制；（2）副回路中参数的变化，由副回路给予控制，对被控量的影响大为减弱；（3）副回路的惯性由副回路给予调节，因而提高了整个系统的响应速度。4由于计算机具有很强的信息处理及逻辑判断的能力，因此可以在PID基本算法的基础上做许多改进，对生产过程实现更有效和质量更高的控制。下面来讲述关于