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基于自整定PID的溫度控制器設計

2015-04-29 00:00:00羊兵志
科技創新與應用 2015年24期

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

[1]歐陽磊.基于自整定PID控制器的溫度控制系統研究[D].安徽理工大學,2009.

[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.

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