毕业设计基于干扰观测器的PID控制设计.docx

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1、年郭学院本科毕业论文（设计）题目基于干扰观测器的PID控制设计专业电子信息工程邯郸学院信息工程学院郑重声明本人的毕业设计是在指导教师王洁丽的指导下独立撰写完成的。如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权的行为，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任，并愿意通过网络接受公众的监督。特此郑重声明。毕业设计作者（签名）:摘要实际应用中的系统大多数都是非线性迟滞系统，因此不能满足系统对稳定性的要求，而在实际的过程控制中对系统的动态和静态特性都要求很高。针对实际应用中系统的特点，采用基于干扰观测器的PID控制算法，在一个常规PlD控制器的基础之上增加了干扰观测器，系统响应快，抗干扰性强，

2、稳定性好，可以得到理想的控制效果。因此，本文设计了基于干扰观测器的PID控制器。其中首先介绍了PlD的工作原理和干扰观测器的原理，进而对于未采用干扰观测器和采用干扰观测器的同一系统进行仿真，并将干扰观测器进行改进设计了低通滤波器，找出了低通滤波器的最佳串入位置，进而实现在在低频段使得实际对象响应与名义模型的响应一致，以实现对低频干扰的有效观测，从而保证较好的鲁棒性。关键词干扰观测器PID控制器低通滤波器鲁棒性外文页范例：外文姓名后空6个字符接指导教师姓名、Q文标题，TimesNew称，TimeSNewROman四号字体，居中。/JjRoman三号加粗，居中。TheEsKllofCorporat

3、ePersonality1.iuWentingDirecteyProf.(/Associate-Prof./1.ecturer)1.iangYongguoAbstractTheessenceofcorporatepersonalityistheintrinsicreasonwhyacorporatecanbeanindependentpersoninthelawsense.AftertheestablishmentOrthetheoryofjuridicalperson,peoplehadneverstoppedthedebateoftheesenceofthejuridicalperson.

4、Intherecenttwoorthreecentury,corporatet5comesthemostimportantkindOfjuridicalperson.SO,itismeaningfultoipinkabouttheessenceofcorporatepersonality.Wewanttomakeasystematicsearchaboutit.tfirst,wewilltalkabouthistoryofthejuridicalpersonIdtheclassicaljurists,understandingofit.OnthebaseOfthat,wewillikeanex

5、plorationontheessenceofcorporatepersonality.Wecanmakethenclusionthatacorporateisaindependentconstructionwhichisconfirmedlaw.Andthenwewilltrytounderstandthevalueofindependentcorporate说明I外文页要求单独起页，正文1.5倍行距。Jrsonalityandthedenialofacorporatepersonality.ThereuponWeACanknow)tteraboutthejuridicalpersonand

6、thecorporatepersonality.Keywprds为TimesNewRoman小四号加粗，不缩进，后空三个字rporateJuristicpersonalityCorporatepersonalityIityDenialofacorporatepersonalTimesNewRoman体小四号加粗，不缩进，后空三个字符alueofTimesNewRoman体小四号，两个关键词之间空两个字符摘要内容TimesNewRoman体小四号。黑体三号空一行外文页112Qi)t).O乙不不不不不不不不不不不不不不不不不.O2. 3.3*43*43. *54. 2*53.2.1 *53.2.2

7、 *63.2.3 *63.3*7注释7参考文献8致谢9附录10说明：目录正文按1.5倍行距排版，基于干扰观测器的Pn）控制设计1引言1.1 Pn）控制的发展Pn）控制历史悠久，生命力旺盛，并以其独特的优点在工业控制中发挥巨大作用。PID控制技术的发展可分为两个阶段。20世纪30年代晚期微分控制的加入标志着Pn）控制成为一种标准的结构，也是PID控制两个发展阶段的分水岭。第一个阶段为发明阶段（1915-1940）。PlD控制思想逐渐明确，首先出现了调节方式类似于Bang-Bang继电控制，精度较低，控制器的形式是P和PI,30年代发现了微分作用，它能直观地实现对系统的控制，与先期提出的比例和积分

8、作用成为主要的调节部件，从而使Pn）具备了现在的基本形式。第二阶段为革新阶段（1940-至今）。在革新阶段，PID控制器已经发展成为一种鲁棒的、可靠的、易于应用的控制器。从气动控制、电气控制到电子控制、数字控制，再到智能控制，PID控制器的体积逐渐减小，性能不断提高。一些处于世界领先地位的自动化仪表公司对PID的发展做出过重要贡献，甚至可以说PID控制器完全是在实际工业应用中被发明并逐步完善起来的。1.2 Pn）控制的研究现状目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。当今，PID控制及其控制器或智

9、能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PlD控制产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器，其中Pn）控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PlD调节。PlD距今已有70年历史，它以结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须靠经验和现场调试来确定，这时应用Pn）最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被

10、控制对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。1.3 此项研究的应用前景和学术价值PlD控制对大多数的工业控制对象都能达到较好的控制效果。但它也有缺点，依赖于具体的对象模型；对于非线性、大滞后、时变系统控制效果不理想等。随着生产的发展，对控制的适时性与精度要求越来越高，被控对象也越来越复杂，单纯采用常规PlD控制器已不能满足系统的要求，因此出现了许多新的控制方法，如智能控制（包括模糊控制、神经网络控制等）、预测控制、专家控制，非线性控制、自适应控制等，

11、将这些新的控制方法与传统的PlD控制相结合可以得到意想不到的控制效果。如何将常规的PlD控制技术与模糊控制技术、神经网络控制技术、遗传算法、免疫算法等相结合已成为控制界研究的热门问题之一。基于干扰观测器的控制在工程中也被称作“估计器”和“滤波器”，它可以用来消除反馈控制中的相位延迟，减少昂贵传感器的使用并且能够实现对误差的实时估计。人们对于控制器的认识和改进远没有完成，到目前为止Pn）控制的机理、使用范围、鲁棒性等问题还没有彻底全面的分析研究。Pn）控制器的特点决定了其参数的选择和整定对控制器的性能优劣至关重要。在工程上，PID控制器的参数常常是通过实验确定，或通过试凑、经验公式来整定。随着复

12、杂对象、复杂环境和复杂目标等自动控制系统所面临的系统复杂性问题日益突出，传统的PlD参数整定方法已不能满足复杂工业系统控制需要，而PlD参数整定技术是为了处理PlD参数整定这个问题而产生的。PID控制可以有多种方法，而基于干扰观测器的PID控制设计可以有效改善Pn)控制器的性能，使信号传输更加稳定。2PID控制器的工作原理与特点2.1 PID控制的特点PID控制器由于结构简单、易于调整等优点，至今仍广泛应用于控制领域。实际工业过程中往往具有非线性、时变，纯滞后等特点，这时采用传统的PID控制就不能取得令人满意的效果。PID参数整定技术是为了处理Pn)参数整定这个问题而产生的，PID参数整定的方

13、法很多，但往往难以实现或不很理想，在精度与速度的折中及对象的使用范围上常常难以令人满意。虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可控制了；而且，PID参数较易整定。也就是，PID参数可以根据过程的动态特性及时整定。如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，PID参数就可以重新整定；2.2 PID的控制原理当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。PID控制原理这个理论和应用自动控制的关键是，做出正确

14、的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。PID(比例-积分-微分)控制器作为最早实用化的控制器已有50多年的历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。2.3 .1PID控制器的原理框图PID控制器由比例单元(P),积分单元(I)和微分单元(D)组成。其输入e(f)与输出Na)的关系为=KWf)+1/KJe(W()+Kjde(t)/dt)因此它的传递函数为：G(三)=U(三)/E(三)=Kp(I+1/(K,*s)+K4*s)其中Ko为比例系数；Kj为积分时间常数；K“为微分时间常数。它由于用途广泛、使用灵活，已

15、有系列化产品，使用中只需设定三个常数(Kp,Ki和Kd)即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。2. 2.2PlD控制的三个参数比例（P）控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。P是Pn）控制的基本动作。对应答性、稳定性影响很大，当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。增大P系数，一般将加快系统的响应，周期振幅变小，周期变长，稳定性好。有静差的情况下有利于减少静差，但P值过大会使系统有比较大的超调，并产生震荡。积分（I）控制在积分控制中，控制器的输出于输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，