基于自整定PID的溫度控制器設(shè)計

摘 要：在工業(yè)生產(chǎn)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(jìn)行設(shè)計，最后通過Simulink軟件搭建仿真模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證了其正確性。

關(guān)鍵詞：PID控制；溫度控制器；Simulink仿真

引言

溫度是工業(yè)生產(chǎn)和生活中最基本的物理量之一，許多門學(xué)科的發(fā)展都離不開溫度。隨著控制理論的不斷發(fā)展，各種控制場合諸如溫度、濕度及壓強(qiáng)等參數(shù)的控制和測量都得到了很大的發(fā)展，而溫度控制是其中尤為重要的一項(xiàng)。PID控制器是溫度控制領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用最廣的控制器，它具有原理簡單、使用方便、適應(yīng)性很強(qiáng)等特點(diǎn)。

1 PID控制原理分析

PID控制的本質(zhì)實(shí)際是一種負(fù)反饋控制，當(dāng)對控制性能的要求不是很高且系統(tǒng)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(guī)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(qiáng)而上升；最后在積分作用下呈現(xiàn)上升趨勢。很明顯，在整個控制過程中，比例控制一直在發(fā)生作用，微分控制主要發(fā)生在前期，積分控制主要發(fā)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(tǒng)的自整定狀態(tài)，通過控制系統(tǒng)的振蕩確定此時符合條件的PID控制器參數(shù)。這是非常關(guān)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(shù)的確定，不是由技術(shù)人員憑試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)預(yù)先給出，而是通過控制系統(tǒng)自行整定符合條件的。這不僅保證了此時整定出的PID參數(shù)符合此時控制系統(tǒng)的要求，而且解決了人工整定PID參數(shù)費(fèi)力費(fèi)時的缺點(diǎn)。第二步：把在第一步通過自行整定出來的PID參數(shù)賦給PID控制器，通過這個PID控制器對控制系統(tǒng)進(jìn)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(shù)是通過控制系統(tǒng)依據(jù)實(shí)際情況自整定出來的，而不是技術(shù)人員靠試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)得出的。

在Simulink仿真實(shí)驗(yàn)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(yīng)曲線。

通過觀察仿真圖，圖中出現(xiàn)了振蕩和超調(diào)，但是經(jīng)過兩個振蕩后，曲線穩(wěn)定在了目標(biāo)位置，達(dá)到了控制要求，證明了繼電自整定參數(shù)的方法的正確性。

3 結(jié)束語

溫度控制在工業(yè)生產(chǎn)中具有重要的作用，文章通過基于自整定的PID控制器進(jìn)行仿真設(shè)計，然后通過simulink軟件進(jìn)行仿真并驗(yàn)證了其正確性。

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