基于自整定PID的溫度控制器設計

摘 要：在工業生產中溫度控制具有重要的作用，文章采用基于自整定PID的控制算法對溫度控制器進行設計，最后通過Simulink軟件搭建仿真模型進行仿真驗證了其正確性。

關鍵詞：PID控制；溫度控制器；Simulink仿真

引言

溫度是工業生產和生活中最基本的物理量之一，許多門學科的發展都離不開溫度。隨著控制理論的不斷發展，各種控制場合諸如溫度、濕度及壓強等參數的控制和測量都得到了很大的發展，而溫度控制是其中尤為重要的一項。PID控制器是溫度控制領域內應用最廣的控制器，它具有原理簡單、使用方便、適應性很強等特點。

1 PID控制原理分析

PID控制的本質實際是一種負反饋控制，當對控制性能的要求不是很高且系統的控制特性簡單易懂時，其非常適宜使用。它包含了三種控制規律：比例控制、積分控制和微分控制。

1.1 比例控制算法

在偏差階躍輸入的作用下，控制器在比例微分的作用下，輸出線突變到最大值KDKce；然后在積分和比例微分的共同作用下，隨著微分作用的減弱先下降，再隨著積分作用的增強而上升；最后在積分作用下呈現上升趨勢。很明顯，在整個控制過程中，比例控制一直在發生作用，微分控制主要發生在前期，積分控制主要發生在后期。

2 自整定PID的溫度控制器仿真

自整定PID控制分為兩步，第一步控制系統的自整定狀態，通過控制系統的振蕩確定此時符合條件的PID控制器參數。這是非常關鍵的一步，也是自整定PID控制器不同于普通控制器的重要之處。參數的確定，不是由技術人員憑試驗和經驗預先給出，而是通過控制系統自行整定符合條件的。這不僅保證了此時整定出的PID參數符合此時控制系統的要求，而且解決了人工整定PID參數費力費時的缺點。第二步：把在第一步通過自行整定出來的PID參數賦給PID控制器，通過這個PID控制器對控制系統進行控制。這幾乎和普通的PID控制器是一樣的，不同之處在于這個PID控制器的參數是通過控制系統依據實際情況自整定出來的，而不是技術人員靠試驗和經驗得出的。

在Simulink仿真實驗中，控制器的輸入為一個階躍信號，模型選取為一個二階純滯后模型：

最后得到如下圖1所示的響應曲線。

通過觀察仿真圖，圖中出現了振蕩和超調，但是經過兩個振蕩后，曲線穩定在了目標位置，達到了控制要求，證明了繼電自整定參數的方法的正確性。

3 結束語

溫度控制在工業生產中具有重要的作用，文章通過基于自整定的PID控制器進行仿真設計，然后通過simulink軟件進行仿真并驗證了其正確性。

參考文獻

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[2]蔣禮，朱兆紅，張陶陶，等.焊筆模糊自整定PID溫度控制系統的設計與仿真[J].計算機應用與軟件，2013（2）：239-241+269.