【正文】 ......................................................... 9 系統(tǒng)特性圖 ................................................................................................................ 10 系統(tǒng)辨識(shí)方法 .............................................................................................................11 第 四章 PID 最佳調(diào)整法與系統(tǒng)仿真 ..................................................................... 13 PID 參數(shù)整定法概述 ................................................................................................ 13 針對(duì)無轉(zhuǎn)移函數(shù)的 PID 調(diào)整法 ................................................................................ 14 RELAY FEEDBACK 調(diào)整法 .................................................................................... 14 RELAY FEEDBACK 在計(jì)算機(jī)做仿真 ..................................................................... 14 在線調(diào)整法 ............................................................................................................ 16 在線調(diào)整法在計(jì)算機(jī)做仿真 .................................................................................... 17 針對(duì)有轉(zhuǎn)移函數(shù)的 PID 調(diào)整方法 ............................................................................ 18 系統(tǒng)辨識(shí)法 ............................................................................................................ 18 波德圖法及根軌跡法 .............................................................................................. 20 第 五章 油冷卻機(jī)系統(tǒng)的 PID 控制器設(shè)計(jì) ........................................................... 21 油冷卻機(jī)系統(tǒng) ........................................................................................................... 21 油冷卻機(jī) ................................................................................................................ 21 感測(cè)與轉(zhuǎn)換器 ......................................................................................................... 22 控制組件 .............................................................................................................. 23 油冷卻機(jī)系統(tǒng)之系統(tǒng)辨識(shí) ........................................................................................ 24 油冷卻機(jī)系統(tǒng)的 PID 參數(shù)整定 ................................................................................ 26 結(jié) 論 .................................................................................................................................. 32 致 謝 .................................................................................................................................. 33 參考 文獻(xiàn) ........................................................................................................................... 34 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 一 章 緒 論 課 題來源及 PID 控制簡(jiǎn)介 課題的來源和意義 任何閉環(huán)的控制系 統(tǒng)都有它固有的特性，可以有很多種數(shù)學(xué)形式來描述它，如微分方程、傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間方程等。 PID 控制是迄今為止最通用的控制方法 ，大多數(shù)反饋回路用該方法或其較小的變形來控制。 PID 控制簡(jiǎn)介 當(dāng)今的自動(dòng)控制技術(shù)都是基于反饋的概念。 積分調(diào)節(jié)作用： 是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差 ,提高無差度。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用 ,因此過強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié) ,對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。也就是， PID 參數(shù) Kp， Ki 和 Kd 可以根據(jù)過程的動(dòng)態(tài)特性及時(shí)整定。這個(gè)方法會(huì)引起擾動(dòng)，所以基于模型的 PID 參數(shù)自整定在工業(yè)應(yīng)用不是太好。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及 MATLAB 簡(jiǎn)介 PID 控制中最重要的是對(duì)其參數(shù)的控制，所以當(dāng)今國(guó)內(nèi)外 PID 控制技術(shù)的研究主要是圍繞如何對(duì)其參數(shù)整定進(jìn)行的。按工作機(jī)理劃分，自整定方法能被分為兩類：基于模型的自整定方法和基于規(guī)則的自整定方法。 ［ 4］ ①對(duì)于單輸入單輸出被控對(duì)象，需要研究針對(duì)不穩(wěn)定對(duì)象或被控過程存在較大干擾情況下的 PID 參數(shù)整定方法，使其在初始 化、抗干擾和魯棒性能方面進(jìn)一步增強(qiáng)，使用最少量的過程信息及較簡(jiǎn)單的操作就能較好地完成整定。用 SIMULINK 對(duì)設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，可以預(yù)知效果，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的正確性，為設(shè)計(jì)人員提供參考。當(dāng)被控對(duì)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(shí)，控制理論的其它設(shè)計(jì)技術(shù)難以使用，系統(tǒng)的控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例 +微分的控制器，就能夠提前使克服誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重地沖過頭。 (3) 將大小為 1 的階躍信號(hào)加到 被控對(duì)象如 圖 31 所示： 圖 31 將 階躍 信號(hào)加到 被控對(duì)象 對(duì)大多數(shù)的 被控對(duì)象 ，若輸入為階躍信號(hào)，則其輸出 c(t)大多 為 S 狀曲線，如下圖 32所示。 T 與 L：求 T 及 L 必須在 S 形狀曲線劃一條切線 (最大斜率 )，畫出切線之后， T 及 L 值 可以直接從圖上得知。波德圖及根軌跡則相反，一定要有轉(zhuǎn)移函數(shù)才能去求 PID 值，那這技巧就在于要用系統(tǒng)辨識(shí)方法，辨識(shí)出轉(zhuǎn)移函數(shù)出來，再用 MATLAB 里的 Simulink 畫出 反饋 方塊圖，調(diào)出 PID 值。 圖 46 Step 3： 即可得到系統(tǒng)的特性曲線，如下圖 47 所示。 圖 413由系統(tǒng)辨識(shí)法辨識(shí)出轉(zhuǎn)移函數(shù) 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 controller PK IT DT P a1 PI ( )* PID ( )* 2L 2L 表 414 ZieglerNichols第二個(gè)調(diào)整法則建議 PID調(diào)整值 ［ 9］ *為本專題將經(jīng)驗(yàn)公式修正后之值 ※上表 中， L 為延遲時(shí)間可參考圖 (b)。 [16] 感測(cè)與轉(zhuǎn)換器 圖 53 PT100實(shí) 物 圖 電阻式 溫度檢測(cè)器 (RTD,Resistance Temperature Detector)－一種物質(zhì)材料作成的電阻 ,它會(huì)隨溫度的上升而改變電阻值 ,如果它隨溫度的上升而電阻值也跟著上升就稱為正電阻系數(shù) ,如果它隨溫度的上升而電阻值反而下降就稱為負(fù)電阻系數(shù) [6]。 油冷卻機(jī)系統(tǒng)之系統(tǒng)辨識(shí) 下圖為整個(gè)油冷卻機(jī)系統(tǒng)示意圖： ＲＳＴ ＵＶＷ 電源端 負(fù)載端 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 圖 56 油冷卻機(jī)系統(tǒng)示意圖 從第二章中可以知道變頻器是個(gè)最終控制組件，其以最大訊號(hào) (12V)驅(qū)動(dòng)油冷卻機(jī)，使油冷卻機(jī)以全速運(yùn)轉(zhuǎn)，溫度記錄器感測(cè)油槽記錄溫度，過一段時(shí)間后，因負(fù)載與油溫達(dá)到平衡，所以溫度會(huì)到一穩(wěn)定值，從紀(jì)錄器擷取出溫度數(shù)據(jù)至計(jì)算機(jī)，利用 MATLAB 繪出系統(tǒng)特性圖，從而 辨識(shí)出轉(zhuǎn)移函數(shù)。１做仿真），系統(tǒng)特性曲線如 圖 510 圖 510系統(tǒng)擾動(dòng)后的特性曲線 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 由上圖 a=,Tu= a 值代入 ??? ?Ku 所以 ????? KuKp 3 8 07 6 ????? TuTi 9576 012 ????? TuTd 與用系統(tǒng)辨識(shí)法所得結(jié)果大體相同。即使在微處理技術(shù)迅速發(fā)展的今天，過程控制中大部分控制規(guī)律都未能離開 PID，這充分說明 PID 控制仍具有很 強(qiáng)的生命力。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 致 謝 經(jīng)過幾個(gè)月的不斷努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于如期完成。我借此機(jī)會(huì)不斷學(xué)習(xí)，努力提高多方面的能力，彌補(bǔ)自己的不