【正文】 (3) 本文的非線性 PID 是用應(yīng)在串級雙回路控制系統(tǒng)中，可以再做進(jìn)一步推廣，將非線性 PID 用應(yīng)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。但是作為一種更為先進(jìn)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(qiáng)等特點，所以它的應(yīng)用前景還是很廣闊的，目前我認(rèn)為還有一下工作可以做：(1) 對非線性 PID 進(jìn)行一定量的測試，確保其安全可靠性，并進(jìn)一步的改進(jìn)，使其能與實際較好銜接。結(jié)果表明非線性 PID 具有較強(qiáng)的魯棒性。(5) 對非線性 PID 系統(tǒng)進(jìn)行了魯棒性測試。(4) 對非線性 PID 系統(tǒng)進(jìn)行了抗干擾能力測試。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(jìn)行了分析比較，進(jìn)而構(gòu)造出非線性性 PID 控制方案，對其進(jìn)行仿真分析。(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。比用編寫 S 函數(shù)方法更簡單，更好用。圖 線性 PID 魯棒性測試結(jié)果輸出 圖 非線性 PID 魯棒性測試結(jié)果輸出第五章 結(jié)論 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(jìn)行了分析研究。由圖 可知，當(dāng)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。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(dá)到穩(wěn)定了。說明 PID 的魯棒性能較差。(1)將主調(diào)節(jié)區(qū)傳遞函數(shù) 改為 ，()81)ws??140())ws??曲線如圖 和圖 所示。進(jìn)而還要求在模型擾動下系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)仍然保持在某個許可范圍內(nèi)，這稱為品質(zhì)魯棒性。 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(biāo)保持不變的能力。 dKd?d?P?p?=, =, =10. 在 t=400s 時加入擾動信號，如圖 所示：IKI?I? 圖 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 所示：圖 在 t=400s 時加入擾動時的輸出分析圖 ，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。 dKd?d?P?p?=, =, =10. 在 t=500s 時加入擾動信號，如圖 所示：IKI?I? 圖 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 所示： 在 t=500s 時加入擾動的輸出由圖 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。 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(shè)置：內(nèi)回路 P 控制器： =；外回路 PIDpK控制器主要可調(diào)參數(shù)： =, =1, =. 在 t=1300s 時加入擾動信號，PKdI其結(jié)果如圖 所示： 圖 在 t=1300s 時加入擾動的輸入曲線從圖 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。 dKd?d?P?p?=, =, =?I? 線性 PID 串級控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置：內(nèi)回路 P 控制器： =；外回路 PID 控pK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 所示，仿真試驗結(jié)果如圖 所示。 圖 比例、微分系統(tǒng)模型的搭建 圖 比例、微分仿真實驗的響應(yīng)曲線從圖 可以看出，非線性 PID 的反應(yīng)時間相比于線性 PID 來說，稍微慢了一點，但是無論在超調(diào)量還是在響應(yīng)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；非線性 PID 的峰值約為 ，超調(diào)量為 ，而線性 PID 的峰值為 ，超調(diào)量為 ，所以非線性PID 具有更好地控制效果。但是非線性 PID 基本上無超調(diào)的，并且穩(wěn)定時間較線性 PID 小，在t=350s 的時候已進(jìn)入穩(wěn)定了，而線性 PID 則要在 t=460s 時才進(jìn)入穩(wěn)定。 線性積分與非線性積分作用的比較與分析 參數(shù)設(shè)置 非線性 PID 串級控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置：內(nèi)回路 P 控制器： =；外回路 I 控pK制器主要可調(diào)參數(shù)： =， =20, =.??IK 線性 PID 串級控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置：內(nèi)回路 P 控制器： =；外回路 I 控制p器主要可調(diào)參數(shù)： = 仿真實現(xiàn)與結(jié)果分析 仿真試驗系統(tǒng)如圖 所示，仿真試驗結(jié)果如圖 所示。 線性比例與非線性比例作用的比較與分析 參數(shù)設(shè)置 非線性 PID 串級控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置：內(nèi)回路 P 控制器： =；外回路 PpK控制器主要可調(diào)參數(shù)： =， =， =.??p 線性 PID 串級控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置：內(nèi)回路 P 控制器： =；外回路 P 控制p器主要可調(diào)參數(shù)： = 仿真實現(xiàn)與結(jié)果分析 圖 比例作用下仿真模型的搭建 仿真試驗系統(tǒng)如圖 所示，仿真試驗結(jié)果如圖 所示： 圖 比例作用下仿真實驗的響應(yīng)曲線 從圖 可以看出，在相同設(shè)定值下，非線性 PID 的調(diào)整時間為 t=200s，比線性 PID 的穩(wěn)定時間少 110s；非線性 PID 的最大值為 ，超調(diào)量為 ，比線性PID 少 ，此外非線性 PID 的波動較小，較為穩(wěn)定。（5）非線性 PID 抗干擾能力測試與分析。（3）線性比例微分與非線性比例微分作用效果。 2 階T D ?非線性組合2 階T D被控對象1v0e12()ut()yt1y()vt 圖 非線性 PID 控制器結(jié)構(gòu)圖第四章 主汽溫非線性控制的仿真研究以下采用分塊隔離，逐個試驗分析的方法，進(jìn)行了幾個方面研究：（1）線性比例與非線性比例作用效果。其中,一個 TD 對系統(tǒng)的參考輸入 安排理想的過渡過程并()vt提取參考輸入信號的微分信號( 為 的理想過渡過程，即跟蹤輸入信號； 為1v()t 2v的微分信號)；另一個 TD 跟蹤微分器盡可能地復(fù)原系統(tǒng)輸出 y(t)及其微分信vt號；再根據(jù) 和 y(t)產(chǎn)生的跟蹤信號和微分信號分別產(chǎn)生比例偏差信號和微分()vt偏差信號，比例偏差信號經(jīng)積分構(gòu)造器產(chǎn)生積分偏差信號。 火電廠主汽溫非線性 PID 控制方案 結(jié)合火電廠主汽溫對象具有大延遲、大慣性和時變等特性，提出了主汽溫控制系統(tǒng)非線性 PID 串級控制方案，由圖 所示，內(nèi)回路采用 P 控制器；外回路采用非線性 PID 控制器。 控制器 控制器 2()ws1()s??0v1eu2e21?圖 主汽溫控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖針對某火電廠主汽溫控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，其結(jié)構(gòu)如圖 所示。過熱器管道較長和蒸汽容積較大，當(dāng)減溫水流量發(fā)生變化時過熱器出口蒸汽溫度容易出現(xiàn)較大延遲；負(fù)荷變化時，主蒸汽溫度對象的動態(tài)特性變化明顯。但是，即使在這種情況下，串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)效果還是可以比單回路反饋系統(tǒng)有所改善。這樣顯然可以較及時地消除擾動的影響，而使被調(diào)量 y 的變化較小。其中調(diào)節(jié)單元 2 稱為主調(diào)節(jié)器；調(diào)節(jié)對象 2 為整個調(diào)節(jié)對象的另一部分，常稱為調(diào)節(jié)對象的惰性區(qū)。調(diào) 節(jié) 單 元 2 調(diào) 節(jié) 單 元 1 執(zhí) 行 器 調(diào) 節(jié) 對 象 1 調(diào) 節(jié) 對 象 2測 量 單 元 1測 量 單 元 2uu調(diào) 節(jié) 對 象aiyirr????ayy 圖 串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 在串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)中有兩個閉合回路：由調(diào)節(jié)單元 執(zhí)行器、調(diào)節(jié)對象 1 和測量單元 1 組成的閉合回路稱為內(nèi)回路或副回路，其中調(diào)節(jié)單元 1 稱為副調(diào)節(jié)器；調(diào)節(jié)對象是整個調(diào)節(jié)對象的一部分，稱為調(diào)節(jié)對象的導(dǎo)前區(qū)。在圖 所示的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，當(dāng)被調(diào)量 y 偏離給定值時，調(diào)節(jié)單元 2 發(fā)出校正信號 ，這個信號 送入調(diào)節(jié)單元 1 作為輔助被調(diào)量 的給定值；當(dāng) 不等于給arar aay定值時，調(diào)節(jié)單元 1 發(fā)出調(diào)節(jié)動作的信號，推動執(zhí)行器和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動作，以使被調(diào)量 y 恢復(fù)至等于給定值。調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)仍然是使被調(diào)量 y等于給定值（決定于 r） ，對象的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)和執(zhí)行器仍只有一個，但在系統(tǒng)應(yīng)用了兩個調(diào)節(jié)單元，還增加了一個中間測點的測值 作為輔助被調(diào)量。根據(jù)這些設(shè)想組成的系統(tǒng)，在電廠熱工過程自動調(diào)節(jié)中常用到的有串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)（以及與串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)類似的采用導(dǎo)前微分信號的系統(tǒng)）和前饋反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)【7】 ，本設(shè)計中就是采用串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。調(diào)節(jié)器接受這些提前信號而及早動作，無疑可以有效的限制被調(diào)量的動態(tài)偏差。有兩種改進(jìn)途徑：（1） 當(dāng)被調(diào)量發(fā)生變化的擾動一經(jīng)發(fā)生，調(diào)節(jié)器應(yīng)及早發(fā)生動作，不要等到被調(diào)量發(fā)生變化后才動作。此外，在單回路反饋系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)是與調(diào)節(jié)對象的的動態(tài)特性有關(guān)，對于延遲和慣性較大地調(diào)節(jié)對象，調(diào)節(jié)器必須緩慢地動作才能保證系統(tǒng)有必要的穩(wěn)定裕量，這樣也會增加調(diào)節(jié)過程中被調(diào)量的動態(tài)偏差。但在電廠主要熱工過程，例如蒸汽鍋爐的自動調(diào)節(jié)中，由于對運(yùn)行的安全和經(jīng)濟(jì)性有較高要求，單回路反饋系統(tǒng)往往不能滿足生產(chǎn)上的要求。所以，綜上， 取值不能過大，應(yīng)至少取到小數(shù)點后一?位。所以主要就是 的取值了，下面我們就通過仿真試驗?來找出 取值的最佳范圍。所以，(,)fale??1??在實際