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

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

2、究帶來了無限活力和契機。自整定技術的發(fā)展一方面減輕了控制工程師現場調試的工作量，節(jié)省了大量的時間，另一方面也使整定的結果更加理想，并使一些復雜但是更加精細的設計方法得以應用于實際工業(yè)工程。然而很多先進的整定方法并沒有像預期的那樣產生完美的控制效果。這主要是因為被控對象的精確數學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。
　　 同時，高等學校在進行PID控制的實踐教學中也需要這樣一種PID參數自整定的設備來進行演

3、示，或者是讓學生制作一個PID參數自整定的控制器。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學模型，通過自校正算法計算出PID控制的參數，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據的采集系統(tǒng)和PID參數自整定控制器的設計與

4、實現。
　　 本文主要內容如下:
　　 ①通過對各種PID控制參數自整定方法的研究，了解到需要辨識被控對象的數學模型才能更方便的計算出PID控制器的參數。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學模型進行辨識。辨識的內容包括對被控對象輸入偽隨機信號階數的確定，以及辨識的方法和步驟。
　　 ②通過對各種PID參數自整定方法的對比和研究，在自校正算法的基礎上，和傳統(tǒng)的PID控制器形式相結合，得出PID

5、控制器形式的自校正算法。能根據辨識出的被控對象數學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。
　　 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)設計，以及根據控制目標計算出PID參數，最后完成PID控制任務的控制器設計，包括硬件設計以及軟件設計。
　　 ④在過程控制實驗室驗證設計的整個系統(tǒng)可操作性和實用性。
　　 從實物驗證的效果來看，PID參