基于PLC的新型PID控制器-科技論文

經(jīng)典PID控制器及其缺陷
經(jīng)典PID的精髓是靠目標(biāo)與實(shí)際行為之間的誤差來決定消除此誤差的控制策略。經(jīng)典PID是根據(jù)控制目標(biāo)即設(shè)定值v與被控對(duì)象的輸出y之間的誤差e，誤差信號(hào)的微分信號(hào)及其積分信號(hào)的線性組合來生成控制量u，控制量作用于控制對(duì)象來實(shí)現(xiàn)我們的控制策略，其表達(dá)式u=++
安排過渡過程的作用
在經(jīng)典調(diào)節(jié)理論中，系統(tǒng)的快速性和超調(diào)存在著矛盾。如在二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)中，我們直接取控制目標(biāo)v與實(shí)際行為y之間的誤差e=v-y，實(shí)際上，由于系統(tǒng)都存在慣性，輸出y只能從零初始狀態(tài)開始緩慢變化，而控制目標(biāo)的初始值卻是非零值v，從而誤差e的初始值成為v，如果為了加快過渡過程而取較大的增益，那么系統(tǒng)將受到很大的初始沖擊，使系統(tǒng)的實(shí)際行為很容易產(chǎn)生超調(diào)。
兩個(gè)跟蹤微分器來改造的PID
針對(duì)上文中提出的經(jīng)典PID的缺陷，我們將采取如下措施來加以改進(jìn)。在對(duì)象所能承受的范圍內(nèi)，根據(jù)控制目標(biāo)，事先安排一個(gè)合適的過渡過程，然后讓系統(tǒng)的實(shí)際行為y跟蹤這個(gè)事先安排的過度來最終達(dá)到控制目標(biāo)。這可以用跟蹤微分器來實(shí)現(xiàn);誤差的微分信號(hào)可以用噪聲放大效應(yīng)很低的跟蹤微分器來提取。改進(jìn)后的PID控制器結(jié)構(gòu)如圖1所示。
在圖2中，跟蹤微分器Ⅰ用來安排過渡過程，，分別是安排的過渡過程及其微分信號(hào)，跟蹤微分器Ⅱ用來提取輸出的微分信號(hào)，，分別是系統(tǒng)輸出的跟蹤值及其微分信號(hào)。因此，e，分別是安排的過渡過程與輸出信號(hào)跟蹤值之間的誤差及其積分信號(hào)，是安排過渡過程的微分信號(hào)與輸出信號(hào)微分的跟蹤值之間的誤差信號(hào)。用這三個(gè)量的線性組合來決定控制量u。
仿真實(shí)驗(yàn)
通過羅克韋爾PLC平臺(tái)的RSlogix5000編程軟件，RSLinx通信軟件以及RSEmulata5000仿真軟件來進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，采用結(jié)構(gòu)化文本的方式進(jìn)行編程。改進(jìn)后的PID算法如下：
生成控制量：現(xiàn)取參數(shù)=1.0,=100,增益取,,時(shí)，二階對(duì)象對(duì)輸入為3的階躍響應(yīng)控制效果如圖2所示。由圖2可知，改進(jìn)后的PID控制器與經(jīng)典PID相比，解決了超調(diào)與快速性之間的矛盾，使系統(tǒng)更加平穩(wěn)的過渡到穩(wěn)態(tài)。
增益取,,時(shí)，同樣對(duì)象仿真結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，當(dāng)誤差的反饋增益擴(kuò)大一個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)，經(jīng)典PID雖能加快過渡過程，但震蕩卻更劇烈。而改進(jìn)后的PID過渡過程加快，對(duì)誤差反饋增益的選取范圍大為擴(kuò)大，從而使整定更為容易，控制器的魯棒性更為加強(qiáng)。