PID控制器性能平评价-可实现最小方差评价指标

I摘要长期以来，控制理论的研究主要集中在各种控制策略的研究上，而有关运行中的控制系统性能评价的研究却很少。工业过程中控制性能的监测和评估己越来越受到关注，而绝大部分控制回路采用PID控制器，很有必要研究它的控制品质。而且人们也普遍认识到，控制系统若没有定期的维护，它的性能会随着时间推移而逐渐退化。性能不好的控制器会降低控制系统的有效性，从而导致产品质量的降低或者操作成本的增大。因此，只有那些得到良好设计、整定和维护的过程控制系统才能真正为生产带来长期、稳定和可靠的效益。PID控制是工业过程控制中应用最广泛的方法，因为这种控制策略不仅具有简单的控制结构，而且在许多过程控制应用中都能够获得满意的控制效果。本文的主要研究工作和成果包括以下几个方面:1.在回顾PID控制器的历史和发展现状的基础上，着重介绍PID控制性能评价的方法，包括确定性方法和随机性方法。2.着重研究了最小方差准则原理以及单回路反馈控制系统性能评价、前馈-反馈控制系统性能评价、串级控制系统性能评价。3.最后进行了各系统的仿真分析，仿真结果表明综合寻优得到的PID控制器在抑制随机干扰和设定值跟踪方面有良好的控制性能，也有很好的鲁棒性。4.论文最后是全篇的总结，并展望了PID控制器设计和性能评价等领域所面临的挑战。关键词：PID控制；性能评价；确定性；随机性；最小方差。IIAbstractLong-termsince,controltheoryresearchmainlyfocusonvariouscontrolstrategy,andrelevantresearchontheoperationofthecontrolsystemperformanceevaluationislittleresearch.Industrialprocesscontrolperformancemonitoringandassessmenthasmoreattention,butmostofthecontrolcircuitadoptsPIDcontroller,itisnecessarytostudyitscontrolquality.Andthereisalsowidespreadrealized,thecontrolsystemwithoutregularmaintenance,itsperformancewillbegraduallyovertime,anddegradation.Thecontrollercanreduceperformanceisvalidityofthecontrolsystem,leadingtoadropinthequalityofproductsortheoperationcostincreases.Therefore,onlythosewhogetgooddesign,settingandmaintenanceofperformance.PIDcontrolisinindustrialprocesscontrolisthemostwidelyusedmethod,becausethiscontrolstrategynotonlyhasasimplecontrolstructure,andinmanyprocesscontrolapplicationcangetsatisfactorycontroleffect.Thispapermainresearchworkandworkincludedthefollowingrespects:1.ThePIDcontrollerinthereviewthehistoryandpresentsituationofdevelopment,introducesemphaticallybasedonPIDcontrolperformanceevaluationmethods,includingdeterministicmethodandrandomicitymethod.2.Thispaperstudiestheminimumvariancecriteriaprincipleandsingleloopfeedbackcontrolsystemperformanceevaluation,feedforward-feedbackcontrolsystemperformanceevaluation,cascadecontrolsystemperformanceevaluation.3.Thevarioussystemsofthesimulationanalysis,thesimulationresultsshowthattheintegratedoptimizationgetPIDcontrollerininhibitingrandomdisturbanceandset-pointtrackingisgoodcontrolperformance,alsohasgoodrobustness.4.Thepaperfinallyissummarized,andthefuturethroughoutthePIDcontrollerdesignandperformanceevaluationofthechallengesfacingthefield.Keywords:PIDcontrol;Performanceevaluation;certainty;randomness;MinimumvarianceI目录摘要.....................................................................IABSTRACT...............................................................II1绪论..................................................................11.1引言................................................................11.2论文研究的目的和意义................................................21.3论文研究的内容及工作简述............................................31.4国内外文献综述......................................................41.4.1控制器性能评价的发展及现状......................................41.4.2性能评价技术在工业控制领域的应用................................61.5PID控制原理及应用..................................................71.5.1PID控制原理....................................................71.5.2PID控制应用....................................................82控制器性能评价方法研究.............................................92.1闭环系统性能评价方法................................................92.2确定性方法.........................................................102.2.1单回路控制系统.................................................102.2.2串级回路控制系统...............................................152.2.3前馈控制系统...................................................192.3随机性方法.........................................................242.4控制器性能评价的其他方法...........................................272.5传统性能指标的优点和不足...........................................283过程控制回路的控制器性能评价.....................................283.1控制器性能评价算法与系统...........................................283.1.1最小方差准则原理...............................................293.1.2时间延迟的定义.................................................33II3.1.3最小方差性能评价算法及步骤.....................................353.2单回路反馈控制系统性能评价.........................................413.2.1单回路系统性能评价算法.........................................413.2.2仿真分析.......................................................433.3串级控制系统性能评价...............................................453.3.1串级控制系统简述...............................................453.3.2串级系统性能评价算法...........................................483.3.3仿真分析.......................................................493.4前馈-反馈控制系统性能评价..........................................503.4.1前馈-反馈控制系统简述..........................................503.4.2前馈反馈控制系统性能评价算法...................................51结论....................................................................54参考文献...........................................................56谢辞................................错误！未定义书签。错误！未定义书签。59第1页共59页1绪论1.1引言在控制系统中，反馈是一种很重要的思想。迄今为止，工业过程控制中最常用的反馈控制就是PID控制。这是因为PID控制器中的积分、比例和微分作用分别反映了设定值与测量值之间误差的历史积累、当前状态和未来变化趋势，包含了控制系统过去、现在和将来的信息，具有结构简单、易于整定的优点，能够满足一般工业过程对于控制品质的要求。在先进控制技术日益广泛应用的今天，PID控制器在工业过程控制中占据着主导地位。那些建立在基础控制回路之上的先进控制系统应用好坏直接取决于常规PID控制器的使用效果。PID控制的广泛应用同时促进了这一