【正文】 * ....................................................... 5 ********** ....................................................... 5 ************* .................................................. 5 **************** ............................................... 6 **************** ............................................... 6 ********** ....................................................... 7 注釋 ................................................................... 7 參考文獻(xiàn) ............................................................... 8 致謝 ................................................................. ..9 附錄??????????????????????????????? 10 黑體三號居中，目錄兩字之間空兩個字符。 小四號宋體加粗，首行不縮進(jìn) 小四號宋體，首行縮進(jìn) 1 字符 說明：目錄正文按 倍行距排版。 黑體三號空一行 黑體三號空一行 7 基于干擾觀測器的 PID 控制設(shè)計 1 引言 PID控制的發(fā)展 PID 控制歷史悠久，生命力旺盛，并以其獨特的優(yōu)點在工業(yè)控制中發(fā)揮巨大作用。 PID 控制技術(shù)的 發(fā)展可分為兩個階段。 20 世紀(jì) 30 年代晚期微分控制的加入標(biāo)志著 PID 控制成為一種標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)，也是 PID 控制兩個發(fā)展階段的分水嶺。第一個階段為發(fā)明階段 (19151940)。 PID 控制思想逐漸明確，首先出現(xiàn)了調(diào)節(jié)方式類似于 BangBang 繼電控制，精度較低，控制器的形式是 P 和 PI， 30 年代發(fā)現(xiàn)了微分作用，它能直觀地實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制，與先期提出的比例和積分作用成為主要的調(diào)節(jié)部件，從而使 PID 具備了現(xiàn)在的基本形式。第二階段為革新階段 (1940至今 )。在革新階段， PID 控制器已經(jīng)發(fā)展成為一種魯棒的、可靠的、易于應(yīng) 用的控制器。從氣動控制、電氣控制到電子控制、數(shù)字控制，再到智能控制， PID 控制器的體積逐漸減小，性能不斷提高。一些處于世界領(lǐng)先地位的自動化儀表公司對 PID 的發(fā)展做出過重要貢獻(xiàn)，甚至可以說 PID 控制器完全是在實際工業(yè)應(yīng)用中被發(fā)明并逐步完善起來的。 PID控制的 研究 現(xiàn)狀 目前 工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標(biāo)志。同時，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個階段。當(dāng)今， PID 控制及其控制器或智能 PID 控制器（儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實際中得到了廣泛的應(yīng) 用，有各種各樣的 PID 控制產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有 PID 參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器，其中 PID 控制器參數(shù)的自動調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實現(xiàn)。 在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器 控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱 PID調(diào)節(jié)。 PID距今已有 70 年歷史，它以結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。 當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用 PID 最為方便。即 當(dāng)我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控制對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID 控制技術(shù)。 PID 控制，實際中也有 PI 和 PD 控制。 PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進(jìn)行控制的。 此項研究的應(yīng)用前景和學(xué)術(shù)價值 PID 控制對大多數(shù)的工業(yè)控制對象都能達(dá)到較好的控制效果。但它也有缺點，依賴于具體的對象模型；對于非線性、大滯后、時變系統(tǒng)控制效果不理想等。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，對控制的適時性與精度要求越來越高，被控對象也越來越復(fù)雜，單純采用常規(guī) PID 控制器已不能滿足系統(tǒng)的要求，因此出 現(xiàn)了許多新的控制方法，如智能控制（包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等）、預(yù)測控制、專家控制，非線性控制、自適應(yīng)控制等，將這些新的控制方法與傳統(tǒng)的 PID 控制相結(jié)合可以得到意想不到的控制效果。如何將常規(guī)的 PID 控制技術(shù)與模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、遺傳算法、免疫算法等相結(jié)合已成為控制 界 研究的熱門問題之一。 基于干擾觀測器的控制在工程中也被稱作“估計器”和“濾波器”，它可以用來消除反饋控制中的相位延遲，減少昂貴傳感器的使用并且能夠?qū)崿F(xiàn)對誤差的實時估計。人們對于控制器的認(rèn)識和改進(jìn)遠(yuǎn)沒有完成，到目前為止 PID 控制的機理 、使用范圍、魯棒性等問題還沒有徹底全面的分析研究。 PID 控制器的特點決定了其參數(shù)的選擇和整定對控制器的性能優(yōu)劣至關(guān)重要。在工程上， PID 控制器的參數(shù)常常是通過實驗確定，或通過試湊、經(jīng)驗公式來整定。隨著復(fù)雜對象、復(fù)雜環(huán)境和復(fù)雜目標(biāo)等自動控制系統(tǒng)所面臨的系統(tǒng)復(fù)雜性問題日益突出，傳統(tǒng)的 PID 參數(shù)整定方法已不能滿足復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)控制需要，而 PID 參數(shù)整定技術(shù)是為了處理 PID 參數(shù)整定這個問題而產(chǎn)生的。 PID 控制可以有多種方法， 而基于干擾觀測器的 PID 控制設(shè)計可以有效改善 PID 控制器的性能，使信號傳輸更加 8 穩(wěn)定。 2 PID 控制器的工作原理 與特點 PID控制的特點 PID 控制器由于結(jié)構(gòu)簡單、易于調(diào)整等優(yōu)點，至今仍廣泛應(yīng)用于控制領(lǐng)域。實際工業(yè)過程中往往具有非線性、時變，純滯后等特點，這時采用傳統(tǒng)的 PID 控制就不能取得令人滿意的效果。 PID參數(shù)整定技術(shù)是為了處理 PID 參數(shù)整定這個問題而產(chǎn)生的， PID 參數(shù)整定的方法很多，但往往難以實現(xiàn)或不很理想，在精度與速度的折中及對象的使用范圍上常常難以令人滿意。雖然很多工業(yè)過程是非線性或時變的，但通過對其簡化可以變成基本線性和動態(tài)特性不隨時間變化的系統(tǒng)，這樣 PID就可控制了； 而且 ， PID 參數(shù)較易整定。也就是， PID 參數(shù)可以根據(jù)過程的動態(tài)特性及時整定。如果過程的動態(tài)特性變化，例如可能由負(fù)載的變化引起系統(tǒng)動態(tài)特性變化， PID 參數(shù)就可以重新整定； PID的 控制原理 當(dāng)今的自動控制技術(shù)都是基于反饋的概念。反饋理論的要素包括三個部分：測量、比較和執(zhí)行。測量關(guān)心的變量，與期望值相比較，用這個誤差糾正調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應(yīng)。 PID 控制原理這個理論和應(yīng)用自動控制的關(guān)鍵是，做出正確的測量和比較后，如何才能更好地糾正系統(tǒng)。 PID（比例 積分 微分）控制器作為最早實用化的控制器已有 50 多 年的歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。 PID 控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器。 PID控制器的原理框圖 PID 控制器由比例單元（ P） 、積分單元（ I） 和微分單元（ D）組成。其輸入 )(te 與輸出 )(tu 的關(guān)系為 )(tu = )/)(*)()(/1)( 0 dttdeKdeKteK dtip ?? ? ?? 因此它的傳遞