直接根據工厂数据设计PID控制器.docVIP

长 春 工 业 大 学 毕业设计（论文）外文资料翻译 学 院 人文信息学院 专业班级 电气工程及其自动化05321班 指导教师 王 霆 姓 名 刘塞北 外文出处 控制基础理论 2011年6月3日 直接根据工厂数据设计PID控制器 摘 要 有两种基于导数比例积分（PID）的设计方法，这两种算法取决于该PID调整算法有一个可调参数。在不凭借一个可调参数情况下对PID模型进行直接设计，由此产生的控制性通常不能满足高阶过程动力学的要求，这是因为建模误差是不可避免的。另一方面，为了可以更好的实现控制性能，引入了内模控制（IMC）-PID或λ-turning方法，在求解最优可调参数时通常是通过在工厂测试中进行错误测试，或者模拟需要先验证信息的过程动力学，这样就导致产生一种迭代程序和花费相当大的努力。为了缓解这一设计方法的缺点，一种直接通过PID参数离线实验数据进行PID控制系统设计的方法被提了出来。对于优化问题的计算模型已经被提出并且得到了重视。大量仿真结果表明，通过PID参数离线实验数据的PID控制系统设计优于普通的PID控制系统设计，并且通过在闭环系统中进行错误测试的IMC-PID和Maclaurin-PID已经被提出。因此，本文所提出的设计方法在保证直接基于模型的设计简单易行的同时，实现与IMC-based相媲美甚至优于其的设计方法。 1.引言： 导数比例积分控制器（PID控制器）被最广泛地应用于化工领域。这就导致PID控制器的设计方法在过去几十年中已经成为一个热门的研究课题。特别地是，各种基于PID的设计方法在文献上是可行的，如Ziegler-Nichols的连续循环方法，直接合成方法，内模控制（IMC）方法和其他技术。基于PID的设计方法有两个步骤：第一步是实证模型的建立，这是在每一个子系统中预先指定后，配合使用调谐算法设计的PID控制器。一般说来，有两种基于PID的设计方法，这两种算法取决于该PID调整算法有一个可调参数。例如，在缺乏一个可调参数时，直接基于模型的PID设计方法的优点是通过一个特定的PID参数的选择使设计简单明确，并且通过工厂测试对参数调整算法进行认证。虽然这些方法在低阶的动力学模型被准确地描述时能 带来一个好的PID设计，但却降低了高阶动力学模型的有效性，这是由于不可避免的建模误差所造成的。另一方面，当PID调整算法依赖一个可调参数时，其更好的控制性能通常是因为获取了额外的可调参数权衡处理建模误差所引起的。然而，求解最优可调参数通常取决于工厂测试或者模拟闭环过程动力学测试的测试过程，这样就导致产生一种迭代程序和花费相当大的努力。据介绍，IMCPID或λ-tuning方法是目前在这类调节设计模型中应用最广泛的设计方法。 为了缓解上述缺陷，一个很新颖的PID设计方案被提了出来，用来代替直接基于输入和输出数据的PID模型设计，这并不是诉诸一个过程模型。为了达成此目标，一些model-free或data-based控制器被以文学的形式提了出来。Hjalmarsson et al就是其中一人，他自行研制开发了IFT迭代反馈调整理论，同时他也是最早提出了直接基于数据模型的人。然而，IFT可能需要大量的计算时间以获得一个解决局部最优的方案，更不用说在一开始进行试误过程了。因此Spall和Cristion提出了一种随机方法，为了自行适应控制设计，这种方法就像一个神经网络，用来根据动作需要对控制器所需最小函数进行改良。然而，由于一个工厂模型不是有效的，同时需要对随机代替二次型方法进行评价，因此，该方法的计算量非常苛刻，这是因为迭代的收敛性参数不能得到有效保证。为了克服这个限制，虚拟参考咨询反馈调节（VRFT）方法和无迭代设计过程的控制器设计方法被提了出来。Kansha et al.最近扩大了VRFT的设计方法，以应对非线性系统的自适应PID控制系统的设计。 然而在VRFT之前，离散系统的设计方法被提了出来。这便激励我们扩大VRFT设计框架的研究，根据直接基于过程数据的开环测试，连续时间系统的特定目标PID控制器设计被提了出来。与优化问题相关的设计得到提出，并且与之相关的设计得到了重视。为了直接对PID模型进行设计，Connell-PID算法被提了出来，这种算法是以IMC-PID和Maclaurin-PID为基础，并且具有可调的PID参数。大量的仿真结果表明，之前所提出的PID控制系统的设计不仅优于现有的Connell-PID设计，而且在大多数例子中能够提供较好的控制性能，并且