一階純滯后系統(tǒng)的不完全微分PID控制

1、0.前言11. 不完全微分PID算法設(shè)計(jì)22. 算法仿真研究33. 階純滯后系統(tǒng)的不完全微分PID控制程序44. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果75. 結(jié)論及總結(jié)8參考文獻(xiàn)8課設(shè)體會(huì)10一階純滯后系統(tǒng)的不完全微分PID控制沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院摘要：提出在PID算法中加入一階慣性環(huán)節(jié)，通過(guò)不完全微分PID算法來(lái)改善干擾對(duì)系統(tǒng) 的影響，用MATLAB仿真分析說(shuō)明該算法在改善過(guò)程的動(dòng)態(tài)性能方面具有良好的控制精度。 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，自動(dòng)控制技術(shù)的使用越來(lái)越多，而隨著工業(yè)和控制技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng) 控制理論也在發(fā)展和完善，出現(xiàn)了多種控制方法如最基礎(chǔ)的PID控制以及微分先行控制、 中間微分控制、史密斯補(bǔ)償控制、模糊控制、

2、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展在工 業(yè)生產(chǎn)中遇到了一系列的問(wèn)題：如在本文中所研究的一階純滯后系統(tǒng)的控制就是控制理論 中一個(gè)較為重要的問(wèn)題。由控制理論可知，無(wú)滯后控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)就是沒(méi)有延遲）比 有滯后系統(tǒng)更加穩(wěn)定，更加容易控制。因此如何解決生產(chǎn)中滯后的問(wèn)題在當(dāng)前工業(yè)大生產(chǎn) 中尤其重要。論文在常規(guī)PID控制也就是比例-積分-微分控制的基礎(chǔ)上提出了三種控制方 法即：微分先行控制、中間微分反饋控制、史密斯補(bǔ)償控制。并對(duì)這三種方案進(jìn)行Simulink 仿真，檢測(cè)其抗干擾性能。為便于分析，論文將所得仿真結(jié)果以圖形的方式給予顯示出來(lái), 形象生動(dòng)便于理解。關(guān)鍵詞：一階純滯后；不完全微分;仿真;PID0

3、.前言在多數(shù)工業(yè)過(guò)程當(dāng)中，控制對(duì)象普遍存在著純時(shí)間滯后現(xiàn)象，如化工，熱工過(guò)程等. 這種滯后時(shí)間的存在，會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生明顯的超調(diào)量和較長(zhǎng)的調(diào)節(jié)時(shí)間，滯后嚴(yán)重時(shí)甚 至?xí)茐南到y(tǒng)的穩(wěn)定性，在工業(yè)生產(chǎn)上產(chǎn)生事故.因此長(zhǎng)期以來(lái)，純滯后系統(tǒng)就一直是 工業(yè)過(guò)程中的難控制對(duì)象，人們也對(duì)它進(jìn)行了大量的研究.在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和理論研 究中出現(xiàn)了多種控制方法，如PID控制、PID改進(jìn)控制、Smith預(yù)估算法控制以及模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等而對(duì)于最基礎(chǔ)的一階純滯后系統(tǒng)常用的控制方法主要是PID 控制、不完全微分PID控制.1. 不完全微分PID算法設(shè)計(jì)為了克服上述缺點(diǎn)，在PID算法中加一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)(低通濾波器)Gf(

4、S)=l/l+Tf(S),將低通濾波器直接加在微分環(huán)節(jié)上，構(gòu)成如圖1的不完全微分PID控制：心圖丨不完全徽分P2控制算法結(jié)構(gòu)圖 Kp K J加1 昇/上() = Up+匕+你將上式離散化U (Q = 1兒微分項(xiàng)(兒輸岀uKLJ D V3/ -1 -寫(xiě)戚微分方程幾)+7；將上式離散化得U7；(*)/丿()=K嚴(yán)pI. 十匕 卜/八川丿屛)_ k T=K )di dT(丘一1) K T )-1) TK昇打昇g+需鄧式中，T為采樣時(shí)間，T為濾波器系數(shù)，T】和Td分別為積分時(shí)間常數(shù)和微分時(shí)間常數(shù), 令a=Tf/(Tf+T),則T/ (T+TJ =l-a；顯然有l(wèi)a , 1- a =10u(k)=10；

5、endif u(k)=-10Ju(k)=-10；endu_5=u_4；u_4=u_3；u_3二u_2；u_2=u_l；u_l=u(k)；y_3=y_2；y_2=y_l；y_l=yout(k)；error l=error(k):end figure(l)；plot(time,rin，b，time,yout, 1r*)；xlabel(* time(s)*):ylabelC rin,yout)；4. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果系統(tǒng)的設(shè)定輸入值r(K)取單位階躍函數(shù)，跟蹤輸出控制曲線如圖3,比較采用普通 PID算法的輸出控制曲線圖4。可以看出，盡管不完全微分PID算法要復(fù)雜一些，但能有 效地改善干擾對(duì)系統(tǒng)的影響，改善系

6、統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的控制精度。圖3 普通PID算法輸出控制曲線圖4不完全微分PID算法輸出控制曲線5. 結(jié)論及總結(jié)由仿真結(jié)果可以看出，采用不完全微分型PID算法，引入不完全微分后能有效克服普 通PID的不足，盡管不完全微分算法比普通PID控制算法要復(fù)雜的多，但由于其良好的控 制特性，近年來(lái)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。研究本課題的課題背景和課題綜述即課題在工業(yè)生產(chǎn) 中的應(yīng)用有一個(gè)初步的了解，以及自動(dòng)控制的背景知識(shí)，為后面純滯后問(wèn)題的提出和研究 做好鋪墊。參考文獻(xiàn)1 MATLAB仿真技術(shù)與應(yīng)用作者：張德豐楊文茵出版社：清華大學(xué)出版社出版 年份：2012年2 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)第二版 作者：于海生丁軍航

7、潘松峰吳賀榮出版社：清 華大學(xué)出版社出版年份：1999年3 金以慧.過(guò)程控制M.清華大學(xué)出版社,1993年:196-2024 潘新民，王燕芳.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)M.電子工業(yè)出版社,2002年：281-282課設(shè)體會(huì)通過(guò)本次課設(shè)，我學(xué)會(huì)了 matlab軟件的運(yùn)用，對(duì)直線插補(bǔ)與逐點(diǎn)比較法平有了 一個(gè)深刻的認(rèn)識(shí)，遇到問(wèn)題是，在解決問(wèn)題的過(guò)程中使我對(duì)知識(shí)有了更深刻的認(rèn)識(shí)， 不再像知識(shí)把書(shū)本上的習(xí)題學(xué)來(lái)考試。課程設(shè)計(jì)誠(chéng)然是一門(mén)專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識(shí)以及專業(yè)技能上的提升，同時(shí) 又是一門(mén)講道課，一門(mén)辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。 同時(shí)，設(shè)計(jì)讓我感觸很深。使我對(duì)抽象的理論有了具體的認(rèn)

8、識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)， 我掌握了的識(shí)別和測(cè)試；熟悉了； 了解了方法；以及如何提髙的性能等等，掌握了的 方法和技術(shù)，通過(guò)查詢資料，也了解了原理。我認(rèn)為，在這學(xué)期的實(shí)驗(yàn)中，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動(dòng)手操作的能力，在各種 其它能力上也都有了提高。更重要的是，在實(shí)驗(yàn)課上，我們學(xué)會(huì)了很多學(xué)習(xí)的方法。 而這是日后最實(shí)用的，真的是受益匪淺。要面對(duì)社會(huì)的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐, 再學(xué)習(xí)、再實(shí)踐。這對(duì)于我們的將來(lái)也有很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們 都能變苦為樂(lè)，找尋有趣的事情，發(fā)現(xiàn)其中珍貴的事情。就像中國(guó)提倡的艱苦奮斗一 樣，我們都可以在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后變的更加成熟，會(huì)面對(duì)需要面對(duì)的事情?；仡櫰鸫苏n程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，從理論到實(shí)踐，在這段日子里，可以 說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的 知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了 理論與實(shí)際相