面向批次過程的PID控制器設計與評價研究.pdf

1、本文從批次內(nèi)及批次間兩個方面，研究了批次過程控制器的設計與評價問題。
　　首先介紹了PID控制器的基本原理，著重介紹了基于內(nèi)模法(Internal Model Control，IMC)和直接綜合法的PID控制器設計方法，導出了針對特定模型的PID控制器參數(shù)表達式，并從定性和定量角度進行了仿真分析。對于傳統(tǒng)IMC-PID算法無法兼顧系統(tǒng)快速響應及抑制系統(tǒng)響應超調(diào)量過大這兩個性能指標的問題，提出了改進算法。該算法通過引入兩個參數(shù)γ和σ

2、，并與輸出誤差的平方建立關(guān)系來確定內(nèi)模法中濾波器參數(shù)λ。對于在控制過程中過程模型失配等影響下的控制性能不佳的情況，通過被控過程在開環(huán)階躍信號激勵下的輸入與暫態(tài)響應的關(guān)系，將被控過程辨識為一階加滯后和二階加滯后的過程模型，并通過辨識得到的新模型調(diào)節(jié)控制器的控制參數(shù)。仿真結(jié)果表明基于改進內(nèi)模法的PID控制器可以在一定程度上將系統(tǒng)響應的快速性指標及系統(tǒng)響應超調(diào)量指標分別調(diào)節(jié)，解決了兩個指標不可兼顧的問題。
　　對于時間方向上的控制器性能

3、評價問題，本文系統(tǒng)研究了針對基于擾動的直接綜合法和基于內(nèi)模法的PID控制器確定性性能指標:即誤差絕對值積分(IAE)和時間對絕對誤差乘積積分(ITAE)指標，分別推導了一階帶滯后過程和二階帶滯后過程的IAE、ITAE的理論解析表達式，并利用仿真驗證了各自的適用性。對于執(zhí)行器飽和對IMC-PID控制器跟蹤性能評價的影響，建立了執(zhí)行器飽和值與控制器參數(shù)的關(guān)系，并通過反解法求得在執(zhí)行器飽和時的最優(yōu)IMC-PID控制器參數(shù)值，給出了在此控制器下