基于PLC的新型PID控制器-科技論文

經典PID控制器及其缺陷
經典PID的精髓是靠目標與實際行為之間的誤差來決定消除此誤差的控制策略。經典PID是根據(jù)控制目標即設定值v與被控對象的輸出y之間的誤差e，誤差信號的微分信號及其積分信號的線性組合來生成控制量u，控制量作用于控制對象來實現(xiàn)我們的控制策略，其表達式u=++
安排過渡過程的作用
在經典調節(jié)理論中，系統(tǒng)的快速性和超調存在著矛盾。如在二階系統(tǒng)的階躍響應中，我們直接取控制目標v與實際行為y之間的誤差e=v-y，實際上，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)的實際行為很容易產生超調。
兩個跟蹤微分器來改造的PID
針對上文中提出的經典PID的缺陷，我們將采取如下措施來加以改進。在對象所能承受的范圍內，根據(jù)控制目標，事先安排一個合適的過渡過程，然后讓系統(tǒng)的實際行為y跟蹤這個事先安排的過度來最終達到控制目標。這可以用跟蹤微分器來實現(xiàn);誤差的微分信號可以用噪聲放大效應很低的跟蹤微分器來提取。改進后的PID控制器結構如圖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，跟蹤微分器Ⅱ用來提取輸出的微分信號，，分別是系統(tǒng)輸出的跟蹤值及其微分信號。因此，e，分別是安排的過渡過程與輸出信號跟蹤值之間的誤差及其積分信號，是安排過渡過程的微分信號與輸出信號微分的跟蹤值之間的誤差信號。用這三個量的線性組合來決定控制量u。
仿真實驗
通過羅克韋爾PLC平臺的RSlogix5000編程軟件，RSLinx通信軟件以及RSEmulata5000仿真軟件來進行仿真實驗，采用結構化文本的方式進行編程。改進后的PID算法如下：
生成控制量：現(xiàn)取參數(shù)=1.0,=100,增益取,,時，二階對象對輸入為3的階躍響應控制效果如圖2所示。由圖2可知，改進后的PID控制器與經典PID相比，解決了超調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，同樣對象仿真結果如圖3所示。由圖3可知，當誤差的反饋增益擴大一個數(shù)量級時，經典PID雖能加快過渡過程，但震蕩卻更劇烈。而改進后的PID過渡過程加快，對誤差反饋增益的選取范圍大為擴大，從而使整定更為容易，控制器的魯棒性更為加強。