pid 控制算法的基本原理及研究現(xiàn)狀

1、PIDPID控制算法的基本原理及研究現(xiàn)狀控制算法的基本原理及研究現(xiàn)狀1課程設(shè)計(jì)目的課程設(shè)計(jì)目的通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，歸納和總結(jié)PID算法的基本原理，并通過(guò)查閱資料，了解PID算法的研究現(xiàn)狀和PID算法的應(yīng)用領(lǐng)域，以及對(duì)PID算法的發(fā)展進(jìn)行展望。2課程設(shè)計(jì)題目和要求課程設(shè)計(jì)題目和要求（1）課程設(shè)計(jì)題目：PID控制算法的基本原理及研究現(xiàn)狀（2）要求：①通過(guò)查閱資料了解PID算法的研究現(xiàn)狀和研究領(lǐng)域。②結(jié)合自己所學(xué)知識(shí)加深對(duì)PID算法的

2、了解和掌握，并對(duì)PID算法的基本原理進(jìn)行歸納和總結(jié)。③結(jié)合目前的研究現(xiàn)狀展望PID算法發(fā)展和創(chuàng)新。3設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容一、一、PID控制算法的研究現(xiàn)狀控制算法的研究現(xiàn)狀在現(xiàn)今全球競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)環(huán)境下，通過(guò)先進(jìn)控制獲取經(jīng)濟(jì)效益來(lái)提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，已成為一種趨勢(shì)。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道(薛美盛等，2002)，各種不同石油化工裝置實(shí)施先進(jìn)控制后，其每年凈增效益如表1所示。雖然各公司所報(bào)出的年效益有所不同，但其數(shù)據(jù)出入不大，而實(shí)施先進(jìn)控制所需成本只占其

3、產(chǎn)生效益的很小一部分比例。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)驗(yàn)表明(孫德敏等，2003)：采用先進(jìn)控制理論和過(guò)程優(yōu)化將增加30%的投資，但可提高產(chǎn)品層次和質(zhì)量，降低能源和原材料消耗，從而增加85%的效益，如圖1所示。投資70%的資金購(gòu)置DCS，換來(lái)的是15%的經(jīng)濟(jì)效益；再增加30%的投資，可以換來(lái)85%的經(jīng)濟(jì)效益。其中增加的8%用于傳統(tǒng)的先進(jìn)控制(TAC)，得到的經(jīng)濟(jì)效益是8%；增加的13%用于預(yù)測(cè)控制(DMC)，得到的經(jīng)濟(jì)效益為37%；增加的9%用于在線

4、閉環(huán)優(yōu)化(CLRTO)，換來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是40%！因此，實(shí)施先進(jìn)控制與優(yōu)化是不用投資的技術(shù)改造。然而，控制理論本身也面臨著一些問(wèn)題和困難，需要不斷改進(jìn)和提高。盡管大量新的運(yùn)用其他方法進(jìn)行建模，但建模的精確度會(huì)受到很大影響，或者不能完全反應(yīng)過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性。(4)控制系統(tǒng)完成后，必須對(duì)操作人員進(jìn)行培訓(xùn)。由于算法復(fù)雜，操作人員對(duì)其的理解有深有淺，不能最大限度地發(fā)揮該先進(jìn)算法的作用，有時(shí)甚至?xí)鹫`操作。受工藝條件、模型變化的影響，需要專門的技術(shù)

5、人員進(jìn)行算法維護(hù)。(5)在重要干擾變量不可測(cè)或干擾模型不可辨識(shí)時(shí)，系統(tǒng)的控制性能將嚴(yán)重惡化，運(yùn)用反饋校正的方法雖然能夠起到一定作用，但十分有限。一般做法是將重要的不可測(cè)干擾變量進(jìn)行軟測(cè)量，這樣控制的精確度對(duì)軟測(cè)量?jī)x表的精確度有很大依賴性。(6)在大干擾存在時(shí)，輸出硬約束的如果處理不當(dāng)?shù)脑?，易造成可行解?wèn)題。特別是對(duì)非最小相位系統(tǒng)，輸出硬約束的增強(qiáng)，很可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定(Zafiriou1990Muske1993)。(7)模型預(yù)測(cè)控制算法

6、的穩(wěn)定性還沒(méi)有從根本上得到有效解決，需要從理論上得到進(jìn)一步突破(席裕庚2000Mayne2000)。(8)生產(chǎn)過(guò)程的工藝改變，負(fù)荷的波動(dòng)以及中間環(huán)節(jié)引入的各種不確定性擾動(dòng)，都會(huì)造成系統(tǒng)模型特性的改變。到目前為止，模型預(yù)測(cè)控制算法還沒(méi)有一種可靠的模型在線校正方式，因此，固定的模型限制了它整體性能的提高。模型預(yù)測(cè)控制自我性能的在線評(píng)價(jià)、耗時(shí)少且精確度高的模型建立工具、非線性和混合系統(tǒng)的模型預(yù)測(cè)控制都是將來(lái)需要研究的重要課題，也是模型預(yù)測(cè)控制

7、的發(fā)展方向。用戶對(duì)一些先進(jìn)控制算法的滿意程度參差不齊，有高有低。據(jù)1995年調(diào)查結(jié)果表明(Huruo1998)，見(jiàn)圖2，先進(jìn)控制算法能改善和提高原有控制水平，但仍存在一系列問(wèn)題需要解決，用戶的滿意程度有待進(jìn)一步提高。一些現(xiàn)代控制技術(shù)，如LQ最優(yōu)控制技術(shù)、H∞技術(shù)、Kalman濾波技術(shù)和自適應(yīng)技術(shù)的滿意度很低，有些過(guò)程工程師甚至不愿意應(yīng)用該類新技術(shù)。一些復(fù)雜先進(jìn)控制算法的成功實(shí)施，必須是多專業(yè)、跨學(xué)科的緊密合作，同時(shí)要求具備豐富的工程實(shí)施