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针对大惯性工业对象pid针对大惯性工业对象,设计了一种新的自适应调节器控制算法并应用于工业温度控制系统中。实验结果表明,利用人工智能算法与PID自适应算法的有机结合,可以使温度控制曲线在不同的阶段平滑过渡,使系统控制过程达到最优。 由于PID调节器规律简单、运行可靠、易于实现等特点,PID控制器仍是目前工业生产过程控制系统中应用最广泛的一类控制器。然而,随着工业过程对控制性能要求的不断提高,传统的PID算法已不能完全满足生产实际的要求。为此不少学者在现代控制理论的基础上建立了一些新的控制算法[1,2]及PID参数的自动整定方法[3],...

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针对大惯性工业对象, 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 了一种新的自适应调节器控制算法并应用于工业温度控制系统中。实验结果表明,利用人工智能算法与PID自适应算法的有机结合,可以使温度控制曲线在不同的阶段平滑过渡,使系统控制过程达到最优。 由于PID调节器规律简单、运行可靠、易于实现等特点,PID控制器仍是目前工业生产过程控制系统中应用最广泛的一类控制器。然而,随着工业过程对控制性能要求的不断提高,传统的PID算法已不能完全满足生产实际的要求。为此不少学者在现代控制理论的基础上建立了一些新的控制算法[1,2]及PID参数的自动整定方法[3],但许多算法在 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 应用过程中比较复杂,特别对于多段温度控制系统,在升降温过程中会出现振荡等现象。为此,将常规PID控制器与自校正算法相结合并利用人工智能系统使其在系统状态变化的每一时刻自动调节PID参数,让控制过程时刻处于最优状态是每个编程人员都力争实现的。为了达到这种目的,笔者利用改进的Z-N算法与人工智能结合,完成PID参数的初始值设定,利用测量误差改变调节器步长的方法实现PID参数的自动整定,在大型加热炉的多段温度曲线控制中取得了非常满意的效果。 1利用Z-N算法获得PID参数的初始值 Ziegler Nichols方法(简称Z-N算法)是基于简单的被控过程的Niquist曲线的临界点计算PID参数初值的方法。它采用的整定准则是要求系统的暂态过程衰减率为0.75,其最大优点是计算方法简单,使用方便。但实际过程中,许多工业对象对自动控制系统的要求各不相同,生产过程的暂态衰减率不同于0 75。因此,本文采用修正的Z-N整定方法,即利用4∶1的衰减比性能准则获得PID参数的初始值。 给系统施加一阶跃输入U(可取U为40%功率),由于温度控制系统有一S形响应曲线,可以利用一阶延时系统进行近似: U(s)/T(s)=Ke-τs/(1+Ts) 假如温度达到50%和75%时所用的时间分别为:t1、t2,如图1—1。则根据Z-N调谐器调谐准则: 利用这种方法可以方便地得到PID参数中的比例系数Kp、积分时间常数Ti和微分时间常数Td的初始值。 2自校正PID调节器的调节原理 常规PID调节器[4]经离散化处理后的动态方程可表示为(增量法): 式中,T为温度控制周期,在微机自动温控系统中,通常T在2~5 s。由式(2—2)可以看出,只需确定T、P、Ti及T d,A′、B′、C′均为常数。 如果将上述各参数代入式(2—1),即可实现常规的PID控制。但在实际运行过程中,由于系统各种参数并不是恒定不便的。因此,为了使系统始终运行在最佳状态,运行过程中必须实时调整P、Ti及Td参数。从式(2—2)可以看出,A′、B′及C′相互依赖相互影响,实时调整A′、B′及C′参数,也能使系统达到最优。设: 在实际控制过程中只要根据系统的误差实时地调整参数U(t)、V(t)及W(t)的值,就能够使控制过程达到最优。 3自校正PID调节器的设计 式(2—3)给出了自校正PID调节器的控制算法。在炉温微机自动控制过程中,为了编程方便以及加速PID在线整定速度,采用变步长的参量叠加的处理方法更为有效。 首先将采样值与给定值的误差的绝对值分成若干个区间(笔者在实际温度自动控制过程中将其分为5个区间),例如,16℃<|Xn|≤20℃,12℃<|Xn|≤16℃,8℃<|Xn|≤12℃,5℃<|Xn|≤8℃,2℃<|Xn|≤5℃,在不同的温度区间使用不同的步长 式中α为绝对值等于1的系数。k为与误差有关的量,即参数整定的步长。k值从理论上可自由确定,但实际上根据笔者实验表明,k值取0.5~2.0较为合适。 式(3—1)中,首先将采样值与实际值进行比较,确定|Xn|所在的区间,然后,按照不同的区间采用不同的 计算公式 六西格玛计算公式下载结构力学静力计算公式下载重复性计算公式下载六西格玛计算公式下载年假计算公式 。对于整个控制过程,计算机程序的实现如下: 当|Xn|≥25℃时,取U(t)=0,V(t)=0,W(t)=0,当|Xn|≥20℃时:取U(t)=k,V(t)=k,W(t)=k,并按比例算法进行控制。 当|Xn|进入设定的区段后,按式(3—1)加入自校正PID运算程序(即U(t)、V(t)、W(t)的初值为0)。程序的步骤为: ①首先将U(t)与V(t)固定,调整W(t) 由于温度信号的变化滞后较大,PID参数的调整周期应比采样周期大一些。具体的整定时间间隔应根据炉子的滞后时间决定(笔者使用的炉子由通电到温度信号响应大约为5 s,因此,笔者选用的整定时间间隔为10 s)。在第一次调W(t)时,取α=1,W(t)=W(t)+[WTBZ]αk/2 n(n为|Xn|所在区段),然后进行PID运算。在以后每次调整W(t)时,则首先应计算|Xn-1|-|Xn|,若差值小于0,说明所加步长的方向错误,此时,取α=-1,重新计算。若差值大于0,说明所加步长方向正确,αk/2 n仍取前次调整时的值进行计算。这个过程一直进行到|Xn-1|-|Xn| 又一次小于0,则转入调整下一个参数。即固定W(t)与U(t)调整V(t)。 ②视W(t)与U(t)为常量,V(t)为变量 调整V(t)的过程与调整W(t)的过程基本类似,仍然是先取α=1,计算V(t)=V(t)+αk/2 n,从第二次调整V(t)开始,就必须计算|Xn-1|-|Xn|,以判断所加步长的方向是否正确。如果正确就继续,否则取α=-1,由式(3—1)和式(2—3)计算反馈控制量的增量,直到|Xn-1|-|Xn|第二次小于0,然后再固定V(t)与W(t)调整U(t)。 ③视V(t)与W(t)为常量,U(t)为变量 这个过程同调整V(t)与W(t)的方法类似。当这个过程完成后再重新回到W(t)过程,完成一个调整周期。 上述过程循环进行,直到|Xn-1|-|Xn|小于定标误差。一旦系统误差大于定标误差便开始调整,这样,系统将一直工作于最优状态。系统达到定标误差后,将调整后的PID参数存盘(对于PC控制系统)或EEPROM(对于单片机控制系统),当下一次开机运行时,系统将会很快稳定在最优状态。 4利用人工智能减小振荡 对于许多多段温度控制系统,当温度达到给定值时,温度曲线总会产生振荡现象。为此,笔者采用了智能判断的方法对振荡进行了抑制,收到了良好的效果。利用人工智能抑制振荡的方法如下:在升温阶段,当-30℃<|Xn-1|-|Xn|<-5℃时,让系统按曲线升温。升温速率可根据系统的滞后情况设定为1~5℃。同时系统按照曲线升温阶段的自校正PID控制算法进行控制,只是控制量为升温速率。当|Xn-1|-|Xn|<-5℃时,将速度升温的PID参数值定为恒温控制时的PID参数初值。根据实验发现,采用这种控制方法总能使系统达到最佳控制效果,系统没有超调,并且PID参数的整定在速率升温结束后的几分钟内就能达到稳定。 5分析讨论 已经分析了PID参数的自动在线整定算法。但对编程来说仍较复杂。事实上,A′、B′及C′ 3个参数相互依赖,相互影响,在过程达到最优时,A′、B′、C′ 3个参数并不是惟一的,因此,在实际控制过程中,可以只改变A′、B′、C′3个参数中的任意两个参数就能使系统达到最优。图5—1为固定参数C′,利用计算机自动在线整定A′和B′所得到的实际炉温控制曲线。其中恒温温度为1800℃的曲线是在100kW的真空炉中测得(100kW干式变压器,源极控制,发热体为石墨),恒温温度为500℃的曲线是在实验电阻炉中测得,两种温度控制曲线均达到了±1℃的控温精度,并且没有超调。 6结论 利用温升阶跃曲线,按照4∶1的衰减比,使用改进的Z-N算法,可获得PID参数中的比例系数KP、积分时间常数Ti和微分时间常数T d的初始值,并通过计算获得A′、B′、C′的初值。 将自校正PID算法用于工业加热的自动温度控制系统,可以使控制系统一直处于最优状态。增量式PID的算法方程为: 其中,U(t),V(t),W(t)可根据不同的温度区段,由系统自动整定获得。在实际使用中可以只改变U(t)、V(t)、W(t)中任意两个参数,而固定另一个参数,也能达到最优控制的效果。 当实际温度距标定温度30℃时,人工设定一升温速率并利用PID参数自整定算法进行控制,可以使升温曲线平稳地过渡到恒温阶段。这样,进入恒温阶段后,PID参数可以更快速地达到最优。 一、引言 随着现代电子技术的飞速发展,特别是微机技术在汽车上的广泛应用,使得汽车的内涵和功能不断拓展和延伸,汽车电子化正逐渐成为现代汽车的基本特征。节气门是汽车发动机的重要控制部件。为了提高汽车行驶的动力性、平稳性及经济性,并减少排放污染,世界各大汽车制造商推出了各种控制特性良好的电子节气门及其相应的电子控制系统,组成电子节气门控制系统(ETCS)。采用电子节气门控制系统,使节气门开度得到精确控制,不但可以提高燃油经济性,减少排放,同时,系统响应迅速,可获得满意的操控性能;另一方面,可实现怠速控制、巡航控制和车辆稳定控制等的集成,简化了控制系统结构。现在,电子节气门控制系统已成为发动机完全电控管理系统的一个重要模块。由于ETCS的优越性,目前,世界上越来越多的大型汽车制造公司开始采用ETCS,传统机械式节气门面临着被电子节气门所取代的趋势。 在电子节气门这种柔性连接方式中,油门踏板与节气门之间不再有机械连接。节气门的实际开度由车载电控系统根据当时的汽车行驶状况并考虑发动机特性确定,从而保证发动机运行于最佳工况。本设计进行了电子节气门控制系统的电控单元开发、传感器信号处理电路及执行器功率驱动电路的硬件电路设计,并进行了PID控制试验。 二、系统组成 电子节气门控制系统如图1所示,包括:节气门体、加速踏板位置传感器、DSP(Digital Signal Processor)开发板、信号处理电路、功率驱动电路及微机监控系统几个部分。节气门体包括:直流电机、节气门开度传感器及机械装置,它们被封装为一体。通过ECU驱动直流电机,完成节气门开度调整;节气门开度信号通过节气门体内部的一对高精度节气门开度传感器获取当前开度下相应的电压反馈值,该反馈值与节气门打开角度成线性变化。利用这两路反馈信号,构建闭环控制系统。加速踏板带动一个位置传感器,将加速踏板位置信号转变为电压信号传到ECU,其作用相当于一个反映驾驶员操纵意图的传感器,提供节气门开度的参考信号。 当驾驶员踩下加速踏板时,加速踏板位置信号经过模拟信号采样处理电路,由DSP进行采集、处理及判断驾驶员的驾车意图;同时参考发动机的转速传感器、进气压力传感器及其它与车辆行驶工况相关的传感器信号进行综合分析计算,确定一个期望的节气门开度值;并将期望值与当前反馈回来的节气门开度值进行比较,确定控制信号,发出脉宽调制信号,经过功率放大电路驱动执行器,实时调整占空比,实现各项控制功能。最后驱动电机使节气门移动到一个与期望的节气门开度值相对应的位置。 (一)电子节气门控制系统的核心DSP56F807 控制单元DSP处理输入信号,计算和输出控制信号是整个电子节气门控制系统的核心。电子节气门控制系统要求电控单元抗干扰能力强、可靠性好、功能强和运算速度高。针对本系统,选择了Freescale公司DSP56F807进行系统开发。16位DSP56F807在硬件设计上采取了一些独特的设计,以求最快的运算速度。DSP56800系列数字信号处理器具有很丰富的I/O口和多种外围配置。在单一的DSP56F807芯片上集成了14个专用的和18个复用的通用输入/输出通道GPIO、2个异步串行通信模块SCI、1个同步串行外设模块SPI、1个控制系统局域网模块CAN2.0、4个4通道的12-bitADC,共16路模拟量输入通道、2个6通道用于各类电机控制的脉冲宽度调制PWM模块、4个16位四定时/计数器Timer、外部存储器接口、片内电源监视器及看门狗(watchdog)、JTAG/OnCE实时调试接口等多路外设模块。实现了完全的单片化,可以满足电子节气门控制系统需要。 (二)驱动电路设计 在电路设计中加入了大量的滤波和抗干扰元件,采用RC滤波、光耦隔离、电压跟随器和比较器等优化组合来提高电路的可靠性和抗干扰性。执行器功率驱动电路的功用就是将DSP输出的数字信号转换成可以驱动执行元件的输出信号。该模块是电控系统执行机构正常工作的保证,驱动模块的好坏与系统的稳定性和可靠性有密切的联系。 要控制节气门的开度,就需要控制其直流电机的输出扭矩,该扭矩与电机线圈中的电流成正比。如图2所示,直流电机PWM功率驱动电路:DSP产生PWM信号通过光电耦合器控制功率MOS管来完成对直流电机电源的高频开闭,最终控制节气门的开度。由于节气门片需要正反两个方向转动,所以需要搭建一个H桥电路来满足对直流电机双向控制的需求。光电耦合器实现上、下级之间的电器隔离,防止有高电压大电流进入主控电路,干扰DSP的正常工作。4个二极管具有消除电压尖峰的作用。 三、PID控制原理 由于节气门体中存在非线性弹簧、粘性摩擦和滑动摩擦、进气扰动及齿隙冲击等,导致了控制对象为一严重非线性系统,控制难度较高。PID控制不需要测量系统的模型,容易实现,所以本文选择了使用PID控制策略进行控制。PID控制将偏差的比例P、积分I和微分D通过线性组合构成控制量,对被控对象进行控制,故称PID控制。 PID控制系统是一种线性控制系统,如图3所示,控制偏差e(t)为目标值与实际输出值之差: e(t)=r(t)-y(t)(1) PID控制规律为: 式中:KP——比例系数; TI——积分时间常数; TD——微分时间常数。 KP成比例地反映控制系统的偏差信号e(t),偏差一旦产生,控制系统立即产生控制作用以减小偏差。 TI主要用于消除静差,提高系统的无差度,积分作用的强弱取决于积分时间常数TI,TI越大积分作用越弱,反之则越强。 TD反应偏差信号的变化趋势(变化速率),并能在偏差信号变得太大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加快系统的动作速度,减少调节周期。 在计算机PID控制中,需使用数字PID控制,本文使用增量式PID控制算法,公式如下: △u(k)=KP[e(k)-e(k-1)]+KIe(k)+KD[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)](3) u(k)=u(k-1)+△u(k)(4) 式中:△u(k)——k时刻输出增量; KI——积分系数; KD——微分系数。 数字PID控制是连续系统中技术最成熟应用最广泛的一种控制,不需了解被控对象的数学模型,只要根据经验进行调整参数的在线整定,即可获得满意的效果,特别适用于软件编程的方法实现PID控制,参数变化十分灵活。具有控制原理简单、实现容易及稳定性好等优点。 由于节气门体中复位弹簧的作用,使节气门片的受力变得复杂,增加了控制的难度。节气门片向不同方向转动时其受力不同,转动范围大小也不同,因此,正、反转模型也就不同。于是需要设计正转和反转两组PID控制,其控制参数和 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 均不同。程序需根据控制输出量值的正负,判断进入正转控制流程还是反转控制流程,并完成控制流程的非线性切换。 四、节气门控制实验 节气门开度控制实验中,节气门位置传感器的电压为反馈量,PWM的占空比信号为控制输出量。实验中由PC机监控系统向DSP发送目标开度值和PID控制参数,DSP根据控制参数和节气门位置信号计算并输出PWM信号,电机执行命令,控制电子节气门完成动作;同时DSP向PC机监控系统传送控制过程,PC机记录并显示实际控制效果,根据控制效果不断调整PID控制参数,最终达到最佳控制。图4记载了试验中进行的阶跃响应测试,参数KP=65,KI=125,KD=10,电子节气门从初始值1200mV到目标值2000mV的阶跃变化情况。从系统的阶跃响应曲线可知节气门上升时间短且稳态跟踪误差小,满足系统响应和控制精度要求。 五、结论 试验表明,该控制系统具有性能稳定、抗干扰能力强和可靠性高等优点,取得了十分满意的控制效果,故该节气门控制系统具有很高的应用价值。 下一步将电子节气门控制系统装车,与发动机ECU整合,进行发动机实车试验,需要对电子节气门的控制特性进行深入研究,结合更有针对性的非线性智能控制方法,进一步提高发动机控制效果 PID控制的概念 ·所谓的控制首先分有反馈控制和无反馈控制,我们当然讨论的PID当然是有反馈控制了。所谓的有反馈控制无非是要根据被控量的情况参与运算来决定操纵量的大小或者方向,那么到底如何根据被控两来决定操纵量的大小呢,唉,这就有很多分类了,所谓的高级的控制方式也就是“高级”在这个节骨眼上,有什么“自适应控制、模糊控制、预测控制、神经网络控制、专家智能控制”等等(至于到底这些控制方式有什么优点,唉,我只用过PID,别的也说不清楚,去抄 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 的话也没有说服力,关键是也懒的去抄。那位老弟如果要作论文,可以在这里发挥一下,资料到处都是)。但是就目前而言,在工业控制领域尤其是控制系统的底层,PID控制算法仍然独霸鳌头,占领着80%左右的市场份额,当然,这里所说的PID控制算法不是侠义上的固定PID,现在不是讲究多学科融合吗?人们在PID控制规律中吸取了其他“高级”的控制规律的优点,出现了诸多的新颖的控制器如自校正PID、专家自适应PID、预估PID、模糊PID、神经网络PID、非线性 PID等新型PID控制器。至于所谓的变种的PID算法如什么“遇限削弱微分”微分先行,积分分离“bangbang+PID”等等,已经不算是什么高级的控制方式了作控制器的厂商大多都会或多等等或少的采取一些,至于是神经网络PID,模糊PID,自适应PID是如何实现的,我所知道的就是利用对应的控制算法,适时的调节PID的参数。还是举个例子吧。传统PID的算法公式是:⊿U(n)=Kp[e(n)-e(n-1)]+Kie(n)+Kd[e(n)-2e(n-1)+e(n-2)]U(n)=⊿U(n)+U(n-1)e(n) ,e(n-1), e(n-2)就是历史上的三个设定值跟过程值之间的偏差了。这是一个增量式的PID算式(如果有谁不明白什么式增量是算式,呵呵,可能以后会提到,偶的写作水平有限,不会组织内容,再说我是想到哪,写道哪,呵呵,见凉)。所谓的新型PID控制器,就是根据e(n)的不同,利用那些先进的控制规律来适当的调整Kp,Ki,Ke。至于怎么调整,呵呵,这就太罗嗦了,也不是这篇内容所该介绍的,(关键是我也不太清楚,呵呵,见笑),需要这些功能的大侠应该是我的前辈,还请指教哟。好了,现在正式介绍一下所谓的PID各个参数吧。所谓的PID大家在大学期间都应该学过,就是比例(P)、积分(I)、微分(D)。比例控制:就是对偏差进行控制,偏差一旦产生,控制器立即就发生作用即调节控制输出,使被控量朝着减小偏差的方向变化,偏差减小的速度取决于比例系数Kp, Kp越大偏差减小的越快,但是很容易引起振荡,尤其是在迟滞环节比较大的情况下,Kp减小,发生振荡的可能性减小但是调节速度变慢。但单纯的比例控制存在静差不能消除的缺点。这里就需要积分控制。积分控制:实质上就是对偏差累积进行控制,直至偏差为零。积分控制作用始终施加指向给定值的作用力,有利于消除静差,其效果不仅与偏差大小有关,而且还与偏差持续的时间有关。简单来说就是把偏差积累起来,一起算总帐。微分控制:它能敏感出误差的变化趋势,可在误差信号出现之前就起到修正误差的作用,有利于提高输出响应的快速性,减小被控量的超调和增加系统的稳定性。但微分作用很容易放大高频噪声,降低系统的信噪比,从而使系统抑制干扰的能力下降。因此,在实际应用中,应慎用微分控制,尤其是当你开始作实验时,不防将微分控制项去掉,看看行不行,呵呵,不行啊?还是看看别的地方吧,肯定行的。行了,这三个参数说明白了,再来说说怎么确定这几个参数的数值吧。这几个参数的确定比较先进的方式是自整定,但是如果是开始涉及这部分还是先不要讲了,按照经验值吧。估计大家用来控制温度比较多。大家按照这个规律来选吧。Kp=100/PKi= kp*T/IKd= kp*D/T分别介绍一下各个参数的意义:T:计算周期,就是各多少时间计算一次⊿U(n)=Kp[e(n)-e(n-1)]+Kie(n)+Kd[e(n)-2e(n-1)+e(n-2)],单位是秒。一般1秒或者0.5秒甚至5秒都行。P:比例带I:积分时间D:微分时间P、I、D跟kp,ki,kd有什么关系呢?Kp=100/P,Ki=kp*T/IKd=kp*D/T然后就可以计算⊿U(n)=Kp[e(n)-e(n-1)]+Kie(n)+Kd[e(n)-2e(n-1)+e(n-2)]算出来⊿U(n)之后再怎么办呢?怎么把这一个数据跟控制输出联系在一起呢?说道这里我们先说说PID控制方式大体都有那些?其一为线形连续PID输出,也就是说,PID运算的结果以模拟电压,电流或者可控硅导通角的形式按比例输出。其二为时间-比例PID输出,也就是说,事先定一个时间长度,T1,然后PID运算的结果就在控制周期内以ON-OFF的形式输出出来,比如你控制一个炉子的温度,用电热丝来加热,就可以控制电热丝的一个控制周期内通电占整个控制周期的比例来实现,电路上可以用继电器或者过零触发的方式来切断或者接通电热丝供电。起三为位置比例PID,PID运算的结果主要是对应于调节阀的阀门开度。 再回到前面,我们以第二种控制方式为例,计算出⊿U(n)后,一般首先将其归一化,也就是说除以你所要控制的温度的量程。⊿U(n)0_1=⊿U(n)/(hh-ll)而时间比例PID输出对应的是“位置式PID运算”的结果所以呢,我们要讲结果累积起来,U(n)0_1+=⊿U(n)0_1然后将次结果换算成对应于控制周期的占空比。来输出  
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