PID控制器及其设计方法研究

过程控制中，大量控制系统是由基本PID控制单元组成。它们的性能直接关系到生产过程的平稳运行和产品的最终质量，与企业的经济效益息息相关，因而其优化设计具有重要的现实意义。 许多传统设计方法往往仅考虑控制问题的一个方面，如经典的Ziegle-Nichols法的设计目标是提高系统抗负载扰动性能，而没有考虑设定值的跟踪问题。新的设计方法需要将控制的各方面问题进行综合考虑。 系统稳定是控制器设计首先需要考虑的问题，只有在系统稳定的前提下，提高其它性能才是有意义的。另外，在控制器实现中，由于各种原因(如环境温度的变化引起电子元件参数变化)，控制器参数往往会偏离理想设计值，这就要求设计的控制器具有非脆弱性，即当控制器的参数发生小的摄动时，仍能保证整个闭环系统稳定。 针对上述问题，通过研究，本文所做的主要工作和研究结果如下： 首先就PID控制器的基本原理及其参数整定方法作简要介绍。接着，对近年来出现的PID控制器优化设计方法作概括性介绍，主要介绍两自由度PID控制器的设计方法和基于线性矩阵不等式(LMI)设计PID控制器的方法。其次，针对一类二阶加纯滞后过程，研究非脆弱PID控制器稳定化设计问题，根据关于准多项式的Hermite-Biehler推广定理，导出使得闭环系统稳定的PID参数区域，并且在这个区域内利用线性规划的方法确定非脆弱的PID控制器参数。最后利用三阶水槽液位控制实验装置，验证了非脆弱PID控制器稳定化设计方法的有效性。