加热炉的非线性PID控制算法研究

加热炉的非线性PID控制算法研究

摘  要

PID控制器由于其自身结构简单，方便易行而获得广泛的应用。但是，经典PID控制器采用“线性组合”形式产生的控制量，常引起快速性和超调量及准确性之间的矛盾，这就限制了经典PID控制器的使用范围。本文叙述了传统PID模型的常见缺陷, 通过分析PID各环节在不同响应曲线时应有的变化趋势, 以偏差e作为参数修正量, 生成了各环节的系数. 建立了一种通用的非线性PID 控制器模型。它继承了PID不依赖于对象模型的优点，并且从根本上改进了经典PID所固有的缺陷。基于这种非线性PID，结合加热炉的特性，设计出了一种非线性PID控制器，并分别用普通PID、非线性PID对其控制，通过系统仿真比较发现，本文提出的非线性PID不仅具有高鲁棒性和适应性特点，同时使调节时间更短，响应速度更快。

关键词：PID；非线性PID；非线性函数；大滞后；温度控制

目  录

论文总页数：23页

1 绪论 1

1.1 控制理论的发展 1

1.2 PID控制[1,2,3,4] 1

1.3 工业电加热炉温度控制技术总体概述 3

1.4 本论文的主要内容与工作 5

2 传统PID的结构及理论分析 6

2.1 传统PID的结构和特点 6

2.2 控制系统性能指标 7

2.2.1 典型输入测试信号 7

2.2.2 动态控制指标 8

2.3 PID参数整定 10

2.3.1 凑试法 11

2.3.2临界比例度法(Z-N法) 11

2.3.3衰减曲线法 12

2.3.4 ISTE最优设定方法 12

3 非线性PID的结构和理论分析 14

3.1 非线性PID模型的建立 14

3.2 非线性PID的设计原理 15

3.2.1比例增益参数 16

3.2.2积分增益参数 17

3.2.3微分增益参数 17

4 仿真与实验 19

4.1加热炉研究 19

4.2 NCD工具箱简介 19

4.3 具体仿真比较 20

结    论 21

参考文献 22

致    谢 23