【正文】 PID來說，稍微慢了一點，但是無論在超調(diào)量還是在響應時間上非線性PID都明顯優(yōu)于線性PID，非線性PID的穩(wěn)定時間t=180s，而線性PID則是t=310s，快了130s；，，所以非線性PID具有更好地控制效果。 線性PID與非線性PID作用的比較與分析 參數(shù)設置非線性PID串級控制系統(tǒng)參數(shù)設置：內(nèi)回路P控制器：=；外回路PID控制器主要可調(diào)參數(shù)：=1，=，=1；=，=，=。 =,=,=10. 線性PID串級控制系統(tǒng)參數(shù)設置：內(nèi)回路P控制器：=；外回路PID控制器主要可調(diào)參數(shù)：=, =1, =. 仿真實現(xiàn)與結(jié)果分析仿真試驗系統(tǒng)如圖47所示，仿真試驗結(jié)果如圖48所示。圖47系統(tǒng)模型的搭建圖48 仿真實驗的響應曲線從圖48可以看出，非線性PID的響應時間比線性PID的響應時間稍慢，但是線性PID的波動較大，且不穩(wěn)定，而非線性PID的曲線較為穩(wěn)定、平滑，它的穩(wěn)定是時間相比于線性PID而言，是很短的，t=400s，比線性PID的穩(wěn)定時間t=1200s快了400s，說明非線性PID控制方案比線性PID控制方案具有更好地控制效果。 非線性PID抗干擾能力測試與分析 PID抗干擾能力測試線性PID串級控制系統(tǒng)參數(shù)設置：內(nèi)回路P控制器：=；外回路PID控制器主要可調(diào)參數(shù)：=, =1, =. 在t=1300s時加入擾動信號，其結(jié)果如圖49所示：圖49 在t=1300s時加入擾動的輸入曲線從圖49可以看出，在t=1300s時，就會有擾動出現(xiàn)，以后的輸出波形一直上下波動，且幅值較大，所以說線性PID的抗干擾能力較差。 不含TD非線性PID抗干擾能力測試 非線性PID串級控制系統(tǒng)參數(shù)設置：內(nèi)回路P控制器：=；外回路PID控制器主要可調(diào)參數(shù)：=1，=，=1；=，=，=。 =,=,=10. 在t=500s時加入擾動信號，如圖410所示：圖 410 不含TD的非線性PID結(jié)構(gòu)圖在t=500s時加入擾動信號后其輸出曲線如圖411所示：圖411 在t=500s時加入擾動的輸出由圖411可知，在t=500s時加入擾動，系統(tǒng)的輸出會有波動出現(xiàn)，但是波動幅度較線性PID有明顯的減少，所以，不含TD的非線性PID有一定的濾波效果及抗干擾能力。 含TD的非線性PID抗干擾能力測試非線性PID串級控制系統(tǒng)參數(shù)設置：內(nèi)回路P控制器：=；外回路PID控制器主要可調(diào)參數(shù)：=1，=，=1；=，=，=。 =,=,=10. 在t=400s時加入擾動信號，如圖412所示：圖412帶有TD的非線性PID結(jié)構(gòu)圖加入擾動后的輸出結(jié)果如圖413所示：圖413 在t=400s時加入擾動時的輸出分析圖413，我們可以看出，在t=500s時給非線性系統(tǒng)加入擾動后，其輸出圖形基本不受影響，波動很小，相比與線性PID和不含TD的非線性PID都有明顯濾波性能。說明含TD的非線性PID控制系統(tǒng)具有很強的抗干擾能力。 非線性PID魯棒性測試與分析控制系統(tǒng)的魯棒性是指控制系統(tǒng)在某種類型的擾動下，包括自身模型的擾動下，系統(tǒng)某個性能指標保持不變的能力。對于實際工程系統(tǒng)，人們最關(guān)心的問題是一個控制系統(tǒng)當其模型參數(shù)發(fā)生大幅度變化或其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時能否仍保持漸近穩(wěn)定，這叫穩(wěn)定魯棒性。進而還要求在模型擾動下系統(tǒng)的品質(zhì)指標仍然保持在某個許可范圍內(nèi)，這稱為品質(zhì)魯棒性。為了測試比較PID和非線性PID的魯棒性，嘗試改變被控對象模型參數(shù)來觀察系統(tǒng)輸出響應。(1)將主調(diào)節(jié)區(qū)傳遞函數(shù)改為，得到輸出曲線如圖414和圖415所示。由圖414可知，當改變模型參數(shù)后，PID系統(tǒng)發(fā)散，不穩(wěn)定了。說明PID的魯棒性能較差。而由圖415可知，在改變系統(tǒng)模型參數(shù)后，非線性PID的輸出曲線仍然是穩(wěn)定的。雖然有超調(diào)量了，但是超調(diào)較小，在可以接受的范圍內(nèi)；調(diào)整時間有所加長，但是在t=650s的時候也可以達到穩(wěn)定了。圖 414 線性PID魯棒性測試結(jié)果輸出圖 415 非線性PID魯棒性測試結(jié)果輸出(2) 將主調(diào)節(jié)區(qū)傳遞函數(shù)改為，得到輸出曲線如圖416和417所示。由圖416可知，當傳遞函數(shù)分母改變后，線性PID的輸出就變?yōu)榘l(fā)散了，不穩(wěn)定了。而由圖617可知，系統(tǒng)參數(shù)改變后非線性PID的輸出仍然是穩(wěn)定的，只是在前段時間稍微有點波動，隨后就比較平滑了，并且無超調(diào)，穩(wěn)定時間稍微延長一些，由原來的t=400s變?yōu)閠=700s，是在可以容許的范圍內(nèi)，所以，我們可以得知，相比于線性PID，非線性PID具有很強的魯棒性。圖416 線性PID魯棒性測試結(jié)果輸出圖 417 非線性PID魯棒性測試結(jié)果輸出5結(jié)論本文主要取非線性控制器的一種：非線性PID控制器，并對其進行了分析研究。主要是在線性PID的基礎上，利用非線性機制，汲取線性PID的精華，構(gòu)造出一種新型的非線性PID控制器，研究結(jié)果可歸納如下：(1) 用simulink直接實現(xiàn)跟蹤微分器(TD)模塊。比用編寫S函數(shù)方法更簡單，更好用。此外還提高仿真試驗分析研究了δ對TD的影響。(2) 用simulink直接實現(xiàn)非線性通用模塊，并且研究了α、δ對其性能的影響。(3) 設計了主汽溫非線性PID控制方案。并且分別對線性比例、非線性比例，線性積分、非線性積分，線性比例微分、非線性比例微分進行了分析比較，進而構(gòu)造出非線性性PID控制方案，對其進行仿真分析。結(jié)果表明非線性PID具有更好地控制品質(zhì)，超調(diào)量更小，穩(wěn)定時間更短，控制效果更好。(4) 對非線性PID系統(tǒng)進行了抗干擾能力測試。在給線性PID和非線性PID加入相同的擾動后，線性PID會出現(xiàn)較大的波動，而非線性PID波動很小，幾乎不受擾動的影響，非線性PID表現(xiàn)出很強的抗干擾能力。(5) 對非線性PID系統(tǒng)進行了魯棒性測試。分別改變傳遞函數(shù)的放大系數(shù)和時間常數(shù)，對線性PID和非線性PID的輸出結(jié)果分析比較。結(jié)果表明非線性PID具有較強的魯棒性。本文所設計的非線性PID控制器在實際中尚未應用，還有待進一步的檢驗和完善。但是作為一種更為先進的PID控制器，非線性PID具有良好的控制品質(zhì)，并且具有抗干擾能力和魯棒性強等特點，所以它的應用前景還是很廣闊的，目前我認為還有一下工作可以做：(1) 對非線性PID進行一定量的測試，確保其安全可靠性，并進一步的改進，使其能與實際較好銜接。(2) 對跟蹤微分器、非線性組合的參數(shù)進行更進一步的研究與分析，更深刻理解各個參數(shù)對其性能的影響，做到有規(guī)律可循，實際中應用更加方便。(3) 本文的非線性PID是用應在串級雙回路控制系統(tǒng)中，可以再做進一步推廣，將非線性PID用應于前饋控制系統(tǒng)、多閉環(huán)控制系統(tǒng)、解耦控制系統(tǒng)中。參考文獻[1] 丁榮，蔡新平. 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)分析與確定［J］. 應用能源技術(shù)， 2011，4:18～22[2] ［Ｍ］.北京：機械工業(yè)出版社，2005: 2～53[3] Dvived Mark. Design of Boiler Drum’s Waterlevel Control System［Ｍ］. SciTech Information Development amp。 Economy，1998 13:62～63 [4] ［Ｍ］.北京：清華大學出版社，2003: 212～246[5] R2006a 基礎篇［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2008: 166～240[6] 王海英，袁麗英，［Ｍ］.北京：高等教育出版社，2009: 318～328[7] Thedore wildi. Electrical machines, drives, and power systems ［Ｍ］. Prentice :16～22[8] 范永勝， ［Ｍ］.北京：中國電力出版社，2007: 112～158[9] ［Ｍ］.北京：中國電力出版社，2004:169～196[10] ［Ｍ］.北京:清華大學出版社，2010:193～383謝 辭本文是在導師彭雪鵬的悉心指導下完成的，在畢業(yè)設計期間老師對我有很大的幫助。在此，謹向彭雪鵬致以深深的敬意和由衷的感謝。最后，感謝所有關(guān)心我、支持我和幫助過我的同學，是你們給予我努力學習的信心和力量。從開始進入課題到論文的順利完成，一直都離不開老師、同學、朋友給我熱情的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意本論文是在我的導師的親切關(guān)懷和悉心指導下完成的。她嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，彭雪鵬都始終給予我細心的指導和不懈的支持。從老師身上我體味到了豐富的學養(yǎng)、嚴謹?shù)淖黠L、求實的態(tài)度，勤奮的精神，這都成為了我不斷前行的動力和標桿。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母。 還有許多人 ，也許他們只是我生命中匆匆的過客 ，但他們對我的支持和幫助依然在我記憶中留底了深刻的印象。在此無法一一羅列，但對他們，我始終心懷感激。41