一阶惯性系统的PID控制论文答辩.ppt

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1、 毕 业 论 文 答 辩答辩人：指导教师：长沙航空职业技术学院长沙航空职业技术学院目 录CONTENTS1234摘要绪论仿人智能PID控制器及其应用结束语一阶惯性系统的一阶惯性系统的PIDPID控制控制目录大纲 什么是PID PID调节概念及原理PID调节功能简介PID调节原理详述PID控制系统的分类PID参数整定比例式调节及其基本原理 谢词结束语关键词工业背景中温控制策略多模式智能控制器的设计构智能控制器参数整定及其控制效果目录摘摘 要要绪绪 论论仿人仿人智能智能PID控控制器及其应用制器及其应用结束语结束语一摘摘 要要关键词：控制系统；智能调节器；PID控制；仿人智能控制；温度控制 目前，

2、PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已经在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器（Intelligent regulator），其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自动校正、自动适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器（PLC），还有可实现PID控制的PC系统等等。纯碱碳化塔中部温度控制中,对象本身滞后较大，用传统PID调节中部温度,其建立时间过长。改用智能PID控制与常规PID控制相结合的方法，利用多模式智能控制对付系统的暂

3、态过程，用常规PID对付系统的稳定过程，极大地降低系统建立时间，增强了系统的抗干扰能力。绪绪 论论二1、什么是PID PID 代表Proportional-Integral-Differential，即比例积分微分，指的是一项流行的线性控制策略。在PID控制器中，错误信号（受控系统期望的温度与实际温度之间的差值）在加到温度控制电源驱动电路之前先分别以三种方式（比例、积分和微分）被放大。比例增益向错误信号提供瞬时响应。积分增益求出错误信号的积分，并将错误减低到接近零的水平，积分增益还有助于过滤掉实测温度信号中的噪音。微分增益使驱动依赖于实测温度的变化率，正确运用微分增益能缩短响应定位点改变或其它

4、干扰所需的稳定时间。然而，在许多情况下，比例积分（PI:Proportional-Integral，没有微分增益）控制策略也可以产生满足要求的结果，而且通常要比完全的 PID控制器更容易调整到稳定的运行状态，并获得符合要求的稳定时间。绪绪 论论二1 1、2 2、4 4、3 3、2、PID调节概念及基本原理开环控制系统闭环控制系统PID控制的原理和特点阶跃响应5 5、PID控制的参数整定绪绪 论论二PID调节概念及基本原理 目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，该产品已经在工程实际运用中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司全都开发了具有PID参数自整定

5、功能的智能调节器（Intelligent regulator），其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自动校正、自动适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器（PLC），还有可实现PID控制的PC系统等等。绪绪 论论二（1）、开环控制系统 开环控制系统（Open-loop control system）是指被控对象的输出（被控制量）对控制器（Controller）的输出没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。绪绪 论论二（2）、闭环控制系统 闭环控制系统（Closed-loop control

6、system）的特点是系统被控对象的输出（被控制量）会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈（Negative Feedback），若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛，就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系统。另例，当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净，并在洗净之后能自动切断电源，它就是一个闭环控制系统。绪绪

7、 论论二（3）、阶跃响应 阶跃响应是指将一个阶跃输入（Step function）加到系统上时系统的输出。稳态误差是指系统的响应进入稳态后，系统的期望输出与实际输出之差。控制系统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。稳是指系统的稳定性（Stability），一个系统要能正常工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是收敛的，准是指控制系统的准确性、控制精度，通常用稳态误差来（Steady-state error）描述，它表示系统输出稳态值与期望值之差；快是指控制系统响应的快速性，通常用上升时间来定量描述。绪绪 论论二（4）、PID控制的原理和特点 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例

8、、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。绪绪 论论二（5）、PID控制器的参数整定 P

9、ID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。绪绪 论论二3、PID调节功能简介比例调节器比例调节器比例积分调节器比例积分调节器比例微分调节器比例微分调节器PID调节器调节器绪绪 论论二4、PID控制的分类控制系

10、统的结构控制系统的结构开环控制系统开环控制系统阶跃响应阶跃响应阶跃响应阶跃响应绪绪 论论二5、PID调节PID调节原理在工程实际运用中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例积分微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器从问世到现在已有近60年的历史了，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制主流的技术工具。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精准的数学模型时，控制理论的其它设计技术难以使用，系统的控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象或不能通过有效的测量手段来获得系统的参数的时候，

11、便最适合用PID控制技术。比例积分微分（PID）控制包含比例（P）、积分（I）、微分（D）三部分，实际中也有PI和PD控制器。绪绪 论论二6、PID调节PID参数整定PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数（P）、积分时间（I）和微分时间（D）的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：1.理论计算整定法它主要是依据系统的数学模型，采用控制理论中的一些方法，经过理论计算确定控制器参数。这种方法不仅计算繁琐，而且过分依赖系统的数学模型，所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。2.工程整定方法它主要依赖

12、工程经验，直接在控制系统的实验中进行，且方法简单、易于掌握，相当实用，从而在工程实际中被广泛采用。绪绪 论论二7、比例式调节及其基本原理1.连续比例调节 比例的符号为P，凡比例式调节的仪表，均应有一合适（如5%）的比例带，比例带的含义是使仪表的输出从最大改变到最小时，所需输入信号的变化量占仪表全量程的百分比。比例带设置得越小，相等的输入信号变化量可使输出有更大的改变，反之亦然。2.时间比例调节 与上述连续比例式调节相比，时间比例式调节的差别在于其对负载的调节是用脉宽调制方式，以改变单位时间（即周期）内平均加热功率的方式来实现的。仿人智能仿人智能PIDPID控制器及其应用控制器及其应用1、工业背

13、景、工业背景3、多模式智能控制器的设计构成2、中温控制策略、中温控制策略4、智能控制器参数整定及其控制效果三仿人智能仿人智能PIDPID控制器及其应用控制器及其应用三（一）工业背景 在纯碱生产过程中，碳化是较为重要的一环。其任务主要是将CA（碳铵）在碳化塔内吸收CO2进行化学反应，生成结晶粗大的碳酸氢钠，符合要求的碱液送下一工序。以30圈碳化塔为例，制碱时，CA由塔第27圈进入，与塔底进入的下段气（CO2）90）和第六圈进入的中断气（CO2）40）逆流进行反应，经冷却生成带重碱晶粒的悬浮液。塔内的主要化学反应为放热反应。整个塔内反应点位于15圈到18圈之间，采用18圈温度与CA温度之差作为主参

14、数对出碱流量进6于规定值时，反应点上移，CO2反应不完全，应增大出碱量使反应点下移，保证出碱温度在正常值上。但系统容量大，又存在较大的纯滞后，在实际生产中发现CA温度变化5左右，传统PID控制建立时间约30min，控制效果不理想。仿人智能仿人智能PIDPID控制器及其应用控制器及其应用三（二）中温控制策略 碳化塔中部温度调解中，过程对象的容量滞后较大，也存在较大的测量滞后。由于以CO2决定产碱量，原则上不得有CO2放空，因而不能稳定进气外部条件即CO2气总管压力不稳定，是该控制系统的主要干扰因素。系统使用的控制方案是以第18圈温度与CA温度之差作为主参数，出碱量作为副参数，进塔CO2气有效成分

15、量作为前馈量组成前馈串级控制系统，其控制方案如图所示。仿人智能仿人智能PIDPID控制器及其应用控制器及其应用三（三）多模式智能控制器的设计构成在模糊控制中，一般选错误e,误差信号的一阶导数，误差信号的二阶倒数作为控制器的信息输入量。但是，对于正确的决策而言，信息输入量中很大一部分是冗余信息，只有表征主要特性的信息才起关键作用。为此，可以根据人工智能的思想，突出特性信息，去掉冗余信息，在控制决策上作较大的改进。仿人智能仿人智能PIDPID控制器及其应用控制器及其应用三智能控制器参数整定及其控制效果 智能控制器主要有4个参数需整定：（加速比例），（制动比例），（制动系数，调整加速阶段与放能减速阶

16、段的切换时刻），（位置学习系数，为系统在加速阶段根据系统偏差准备一个系统稳定时所需要的激励）。另外，通常取量程的510，当100时，系统只工作在传统PID模式下，而次传统PID控制器参数设置比一般的常规PID参数设置弱，因为系统已经接近稳定，其快速性已经不重要，主要是系统的稳态稳定和稳态无差。结束语结束语四 应用多模式智能控制器再碳化中部温度调节系统中获得了成功的经验。控制器再DCS组态中得以实现，控制器结构简单，参数整定物理意义明确，投运比较方便。在运行过程中系统一直稳定可靠，减少了操作人员的工作量，同时产品的产量和质量得到了明显的提高，取得了客观可经济效益。这是一次成功的实验运用，相信今后

17、这个智能控制算法将在各滞后时间较大的系统中得到好的推广。结束语结束语谢词谢词四l历时将近两个月的时间终于将这篇设计写完，在设计的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的设计指导老师陈玉仙老师，她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行设计的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！l感谢这篇设计所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇设计的写作。l感谢我的同学和朋友，在我写设计的过程中给

18、予我了很多你问素材，还在设计的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。l 由于我的学术水平有限，所写设计难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正。结束语结束语参考文献参考文献四1柏建国，浅议传统控制理论的不足J 四川轻化工学院学报，1993,6(3)：12-142罗毅平，等，智能控制器框架结构剖析A CWCICIA设计集C 西安：西安交通大学出版社，1997：184-1883谭飞，谭功全等，仿人智能控制器PPH及其理论参数整定J 自动化与仪器仪表，2002（1）：7-104柏建国,李士勇.智能与控制决策J 化工与仪器仪表，1996（3）：5-75傅成华,利用智能积分改善常规模糊控制器的性能A，C

19、WCICIA97设计集（中）C，西安交大学出版社 1997：42-53 6计算机控制技术M 王建华 黄河清 北京:高等教育出版社 2003：68-807 TAN Guan-zheng(谭冠政),LI An-ping(李安平)Fuzzy-GA PID controller with incomplete derivation and its application to intelligent bionic artificial leg 中南工业大学学报N,2003(3)：23-268 The Design and Simulation of Fuzzy Self-tuning PID Controller 仪器仪表学报 Chinese Journal of Scientific InstrumentJ Li Ping（李萍），Li Feng（李峰），Zhao Hu（赵虎），Ju Zipei（居滋培），2007（4）：42-45感 谢 聆 听答辩人：