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PID调节器的PID参数整定的发展与现状

2018/1/23 19:36:16 分类:热点聚焦 
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PID参数整定方法和技术的研究在国际自动控制领域从未间断,许多重要国际杂志不断发表新的研究成果,昌晖仪表也是这些科技成果的受益者,昌晖仪表的高性能YR-GF系列PID调节器就是在这样的背景下研发生产出来的。昌晖仪表在本文对PID调节器PID参数整定的发展与现状做介绍。
 
早在1942年,Ziegler与Nichols针对一阶惯性加纯延迟的对象提出了PID调节器参数整定的Z-N法,对于常规的控制对象,可以用曲线拟合的方法将阶跃响应数据拟合成近似的一阶惯性加纯滞后环节的模型,此方法的提出很快便应用于实际。同年,Ziegler根据对象频域响应曲线上的信息,提出了PID参数整定的临界振荡法,随着控制理论的发展,越来越多的学者开始致力于PID控制研究,随之而来也出现了许多经典的参数整定方法,如庄敏霞与Atherton针对各种指标函数得到了最优化PID参数整定的方法、此方法相对在理论分析上较为方便,但与工程化的性能指标间还缺乏明显的的对应关系,从而影响了其在工业实际中的应用。1993年,陈福祥等提出了增益优化的PID参数整定方法,指定在大频率范围内使幅频率特性等于1,根据测量得到的阶跃响应瞬时值去计算PID参数值。1995年,德国学者UdoKuhn提出了基于总和时间常数的整定方法,此方法适用于阶跃响应曲线为S形的自衡对象。1996年,胡晚霞等提出了一种新的确定被控过程动态特性方法,通过计算机仿真相应的PID参数整定规则,这种方法被称为交叉两点法。1998年,夏淑艳将拉盖尔级数应用于PID参数整定中,提出了利用拉盖尔级数辨识和整定的方法,此方法简单可靠,得到了广泛的应用。

近年来,PID调节器参数整定越来越被人们所重视,国内随之出现了许多较为完备的参数整定理论。2004年,曾振平等提出了一种基于改进的广义平方误差积分准则的PID参数整定的新方法,用对象响应特征时间来平衡准则中误差项与误差变化率项的数量级,得到较好的控制效果。同年,王振滨提出了一种新型的分数阶PID调节器参数整定方法,把传统的PID调节器的阶次推广到分数领域,它不但适合分数阶系统,也适合某些整数阶系统,设计方法新颖。另外,上海交大的李勇男等提出了反应响应时滞过程PID调节器设计新方法,通过提出期望闭环传递函数,解析地推导出PID调节器的形式。2005年,张立群等将H∞的控制理论应用于PID调节器的参数整定中,提出了一种基于H∞混合灵敏度约束的PID调节器设计方法,该方法使PID调节器具有更好的鲁棒性,闭环系统具有良好的瞬态性能。随着群智能优化算法的发展,许多学者开始将各种群智能优化算法运用于PID参数整定,在国内较为典型的代表文章为2006年李丽香等提出的基于混沌蚂蚁群算法的PID参数整定,将蚂蚁混沌动力学、群组织和优化机制巧妙地结合形成了一种新的参数整定方法,同时,中国科学院自动化研究所的张怀相等提出了一种基于迭代学习控制的PID参数整定方法,该算法首先利用PD型迭代学习控制来进行期望轨迹的跟踪控制,然后根据迭代学习控制的输入输出数据序列,通过强跟踪滤波器来进行参数辨识、可获得对应于期望轨迹的优化的PID控制参数。2007年,出现了多目标满意PID调节器,如马建伟博士在其论文中首次较为全面地阐述了多目标满意PID的概念以及具体的PID参数整定方法,设计后的PID满足多项指标,提高了PID调节器的控制性能。与此同时,李银伢等在此基础上提出了一种基于参数空间图解法的多目标满意PID调节器,此方法主要针对任意阶线性定常系统具有区域极点指标与H∞指标约束的PID控制问题。另外,量子遗传算法开始运用于PID控制器的参数寻优,如张兴华等提出了量子遗传算法的PID参数整定。到2008年,出现了许多关于PID参数整定的新成果,许多学者将混沌理论与PID控制算法结合。例如,明学星等提出基于混沌理论的预测PID调节器参数整定方法,通过混沌优化算法对PID参数进行在线优化。另外、一些改进的PID调节器开始出现,如王传峰等设计了一种基于概率鲁棒的分散PID控制器;吕建婷等设计的一种新型滑模PID调节器,此方法根据Lyapunov方法,推导出采用PID形式的切换面的滑模PID调节器。

另外,随着智能控制理论的发展,模糊理论、神经网络理论开始运用于PID参数整定,许多学者和研究人员在此方面进行了大量的研究工作,得到了许多的研究成果并积累了丰富的经验。

从目前PID参数整定方法的研究和应用现状来看,以下几个方面将是今后一段时间内研究和实践的重点:
①对于单输入单输出被控对象,需要研究针对不稳定对象或被控过程存在较大干扰情况下的PID参数整定方法,使其在初始化、抗干扰和鲁棒性能方面进一步增强,使用最少量的过程信息及较简单的操作就能较好地完成整定。
②对于多输入多输出被控对象,需要研究针对具有显著耦合的多变量过程的多变量PID参数整定方法,尽可能减少所需先验信息量,使其易于在线整定。
③PID控制技术有待进一步研究,将自适应和自整定有机结合,使其具有自动诊断功能;结合专家经验知识、直觉推理逻辑等专家系统思想和方法对原有PID调节器设计思想及整定方法进行改进;将模糊控制、神经网络、遗传算法、免疫算法、粒子群算法、蚁群算法、DNA计算、量子计算等自然计算和PlD调节器相结合,进一步提高控制系统性能。这些都是PID调节器发展的极有前途的方向。


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