基于單片機的參數(shù)自整定PID控制器教學(xué)實驗系統(tǒng)研究與開發(fā).pdf

1、PID控制器因為結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)，并且具有較強的魯棒性，因而被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)控制中。盡管已經(jīng)出現(xiàn)多種先進控制方法，PID控制仍然在各種工業(yè)控制技術(shù)中占著主導(dǎo)地位。但是，一般的PID控制器參數(shù)必須由工程技術(shù)人員根據(jù)經(jīng)驗手動調(diào)節(jié)。這對于需要經(jīng)常對PID參數(shù)進行調(diào)整的用戶十分不方便，從而限制了PID控制器的使用。隨著計算機技術(shù)的飛躍發(fā)展和人工智能技術(shù)滲透到自動控制領(lǐng)域，各種先進PID控制器參數(shù)整定方法層出不窮，給PID控制器參數(shù)整定的研

2、究帶來了無限活力和契機。自整定技術(shù)的發(fā)展一方面減輕了控制工程師現(xiàn)場調(diào)試的工作量，節(jié)省了大量的時間，另一方面也使整定的結(jié)果更加理想，并使一些復(fù)雜但是更加精細的設(shè)計方法得以應(yīng)用于實際工業(yè)工程。然而很多先進的整定方法并沒有像預(yù)期的那樣產(chǎn)生完美的控制效果。這主要是因為被控對象的精確數(shù)學(xué)模型未知以及沒有一個較好的算法能方便計算出匹配的PID參數(shù)。
　　 同時，高等學(xué)校在進行PID控制的實踐教學(xué)中也需要這樣一種PID參數(shù)自整定的設(shè)備來進行演

3、示，或者是讓學(xué)生制作一個PID參數(shù)自整定的控制器。本文通過研究傳統(tǒng)PID控制策略和自校正算法，將傳統(tǒng)PID控制和自校正算法相結(jié)合，吸取兩者優(yōu)點，完成了PID自校正算法。該算法通過系統(tǒng)的輸入輸出信息估計出被控對象的數(shù)學(xué)模型，通過自校正算法計算出PID控制的參數(shù)，從而達到控制要求。用MATLAB軟件完成計算過程，最后用Cygnal公司的C8051F020單片機完成了對被控對象辨識信號的輸入和輸出數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)和PID參數(shù)自整定控制器的設(shè)計與

4、實現(xiàn)。
　　 本文主要內(nèi)容如下:
　　 ①通過對各種PID控制參數(shù)自整定方法的研究，了解到需要辨識被控對象的數(shù)學(xué)模型才能更方便的計算出PID控制器的參數(shù)。通過對各種辨識方法的研究，選擇用最小二乘法對被控對象的數(shù)學(xué)模型進行辨識。辨識的內(nèi)容包括對被控對象輸入偽隨機信號階數(shù)的確定，以及辨識的方法和步驟。
　　 ②通過對各種PID參數(shù)自整定方法的對比和研究，在自校正算法的基礎(chǔ)上，和傳統(tǒng)的PID控制器形式相結(jié)合，得出PID

5、控制器形式的自校正算法。能根據(jù)辨識出的被控對象數(shù)學(xué)模型和需要完成的控制要求，計算出自校正PID控制器的控制參數(shù)。
　　 ③完成由單片機C8051F020為主控制芯片的對被控對象的偽隨機信號M序列的輸入和輸出采集系統(tǒng)設(shè)計，以及根據(jù)控制目標計算出PID參數(shù)，最后完成PID控制任務(wù)的控制器設(shè)計，包括硬件設(shè)計以及軟件設(shè)計。
　　 ④在過程控制實驗室驗證設(shè)計的整個系統(tǒng)可操作性和實用性。
　　 從實物驗證的效果來看，PID參