摘要：在工业生产过程控制中，目前大多数控制回路仍然采用简单的结构，稳健的PID控制或改进的PID控制策略，然而产品的最终质量是由控制器的性能决定的。本研究通过计算机将PID参数整定过程进行自动化，减少调试难度，缩短调试时间，提高调试准确性。
关键词：PID控制器；参数整定；自动化
引言
在许多PID参数调整方法中，基于模式识别的自调整PID方法是目前应用的最佳方法之一。但是这仍然需要人工调节参数，在实际调试中，只能先设置体验值，然后根据调整效果进行修改。调整时间和效果在很大程度上取决于其他因素，例如调试器对数据的理解，具有很多不确定因素，调试效率无法保证。
1 PID控制器
本文中的PID控制器设计分为两部分：PID运算部分和Kp、Ki、Kd参数自整定部分。其中PID运算部分完成常规的PID调节功能；自调整部分完成控制响应波形的在线识别。在找出与最佳响应曲线的差异后确定控制响应的波形，进而确定性能指标，然后使用这些性能指标作为模式识别变量。THEN部分模糊变量是PID参数的校正系数，PID参数的校正系数是在模糊推理后得到的，再经过修正后得到新的PID参数 Kp、Ki、Kd。在本研究中，被控对象定义为蓄电池，通过改变转换器中IGBT的角度来实现控制转换器和电池的目的。如果将电池视为受控对象，则将转换器输出的电压视为控制量，并且三相电压是相对大的输入。电池的特性相当于大电容器和小电阻器的串联连接，充电装置的输出端与小电感器串联连接。因此，整个系统的受控对象可以被视为具有弱二阶特征的二阶链接。电感大概为一个2μF电容，因此受控对象的传输可以建立如下：
充电装置采用双回路控制，输出变量通常根据需要设置。当输出电流值大于或等于系统设定的电流值时，电流环路作为调节，电压环路不起作用。对于系统仿真，双回路控制分为两个单回路控制用于仿真。
2 整定规则库的建立
PID控制器参数整定规则有多种方法。一是理论计算整定法，它主要基于系统的数学模型，控制器参数通过理论计算确定，通过该方法获得的计算数据可能无法直接使用，必须通过工程实践进行调整和修改。二是工程设置方法，主要依靠工程经验，直接在控制系统的测试中进行。
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本文采用的PID控制器参数整定规则，是在工程调整方法中常用的是临界比例法。使用此方法的PID控制器参数的调整步骤如下：
（1）首先预选一个足够短的采样周期，以使系统工作；（2）仅添加比例控制链路，直到系统在输入的阶跃响应中出现临界振荡，并记录此时的比例放大系数和临界振荡周期；（3）在一定程度的控制下通过公式计算计算PID控制器的参数。
在调整数字PID控制器参数时，使用扩展比例法步骤如下：
（1）预选足够短的采样周期TS。一般来说，TS应小于受控对象的纯延迟时间的十分之一。
（2）用选定的TS使系统工作。此时，去除积分作用和微分作用，并选择控制作为纯比例控制器以形成闭环操作。逐渐降低比例，即增加比例放大系数KP，直到系统以临界振荡（稳定边沿）响应输入阶跃信号。此时的比例放大系数表示为Kr，临界振荡周期表示为Tr。
（3）选择控制度。控制程度基于连续时间PID控制器，它将数字PID控制效果与其进行比较。平方误差积分通常用作控制效果的评估函数。定义控制程度采样周期TS的长度会影响采样数据控制系统的质量。因此，控制程度总是大于1，控制程度越大，相应的样本数据控制系统的质量越差。控制的选择基于所设计系统的控制质量要求。
（4）查表确定参数。根据所选择的控制程度导出数字PID中的对应参数TS，KP，TI和TD。
（5）运行与修正。将获得的参数值添加到PID控制器，闭环运行，观察控制效果，并进行适当调整以获得满意的结果。
结论
目前，90%以上的控制回路仍然采用简单的结构，稳健的PID控制或改进的PID控制策略，然而产品的最终质量是由控制器的性能决定的。本研究通过计算机将PID参数整定过程进行自动化，减少调试难度，缩短调试时间，提高调试准确性。
参考文献
[1]白国振，俞洁皓.基于改进模糊神经网络的PID参数自整定[J].计算机应用研究.2016(11)
[2]谭顺学.基于遗传算法的PID控制器参数优化研究[J].大众科技.2013(05)
[3]高磊，刘志猛，孙玉超，杨坤.一种改进的空调PID控制器整定算法[J].自动化技术与应用.2018(04).
论文作者:李蒙蒙 杨承昱
论文发表刊物:《知识-力量》2019年10月41期
论文发表时间:2019/9/11
标签：参数论文; 控制器论文; 比例论文; 系统论文; 方法论文; 临界论文; 系数论文; 《知识-力量》2019年10月41期论文;