基于單片機(jī)的參數(shù)自整定PID控制器教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究與開發(fā).pdf

1、PID控制器因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，并且具有較強(qiáng)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(jìn)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(yàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)。這對(duì)于需要經(jīng)常對(duì)PID參數(shù)進(jìn)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(jì)算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展和人工智能技術(shù)滲透到自動(dòng)控制領(lǐng)域，各種先進(jìn)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(lái)了無(wú)限活力和契機(jī)。自整定技術(shù)的發(fā)展一方面減輕了控制工程師現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的工作量，節(jié)省了大量的時(shí)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(xì)的設(shè)計(jì)方法得以應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)工程。然而很多先進(jìn)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?yàn)楸豢貙?duì)象的精確數(shù)學(xué)模型未知以及沒有一個(gè)較好的算法能方便計(jì)算出匹配的PID參數(shù)。
　　 同時(shí)，高等學(xué)校在進(jìn)行PID控制的實(shí)踐教學(xué)中也需要這樣一種PID參數(shù)自整定的設(shè)備來(lái)進(jìn)行演

3、示，或者是讓學(xué)生制作一個(gè)PID參數(shù)自整定的控制器。本文通過(guò)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(diǎn)，完成了PID自校正算法。該算法通過(guò)系統(tǒng)的輸入輸出信息估計(jì)出被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)自校正算法計(jì)算出PID控制的參數(shù)，從而達(dá)到控制要求。用MATLAB軟件完成計(jì)算過(guò)程，最后用Cygnal公司的C8051F020單片機(jī)完成了對(duì)被控對(duì)象辨識(shí)信號(hào)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(jì)與

4、實(shí)現(xiàn)。
　　 本文主要內(nèi)容如下:
　　 ①通過(guò)對(duì)各種PID控制參數(shù)自整定方法的研究，了解到需要辨識(shí)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型才能更方便的計(jì)算出PID控制器的參數(shù)。通過(guò)對(duì)各種辨識(shí)方法的研究，選擇用最小二乘法對(duì)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行辨識(shí)。辨識(shí)的內(nèi)容包括對(duì)被控對(duì)象輸入偽隨機(jī)信號(hào)階數(shù)的確定，以及辨識(shí)的方法和步驟。
　　 ②通過(guò)對(duì)各種PID參數(shù)自整定方法的對(duì)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(shí)出的被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型和需要完成的控制要求，計(jì)算出自校正PID控制器的控制參數(shù)。
　　 ③完成由單片機(jī)C8051F020為主控制芯片的對(duì)被控對(duì)象的偽隨機(jī)信號(hào)M序列的輸入和輸出采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及根據(jù)控制目標(biāo)計(jì)算出PID參數(shù)，最后完成PID控制任務(wù)的控制器設(shè)計(jì)，包括硬件設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)。
　　 ④在過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證設(shè)計(jì)的整個(gè)系統(tǒng)可操作性和實(shí)用性。
　　 從實(shí)物驗(yàn)證的效果來(lái)看，PID參