恒溫恒濕試驗箱控制系統(tǒng)的發(fā)展
PID控制方法是經(jīng)典控制算法中的典型代表，與模糊控制結(jié)合，能夠更好的發(fā)揮其優(yōu)勢。PID控制是zui早發(fā)展起來的控制策略之一，具有魯棒性好、可靠性高和結(jié)構(gòu)簡單的特點，適用面很廣。
PID控制器及其改進型是在工業(yè)過程控制中zui常見的控制器。據(jù)統(tǒng)計，工業(yè)控制的控制器中PID類占有90％以上。然而實際被控對象或過程往往難以建立的數(shù)學模型，具有非線性、時變不確定性，使用常規(guī)的PID控制算法不能得到理想的控制效果。智能控制理論的發(fā)展和計算機技術(shù)為解決復雜動態(tài)不確定系統(tǒng)的控制提供了新途徑，也為PID的改進開辟了新空間。
PID控制的發(fā)展：
PID的發(fā)展過程，實質(zhì)上是參數(shù)自適應(yīng)和參數(shù)整定方法的研究過程。PID參數(shù)整定方法首先由Ziegler和Nichols提出，之后許多技術(shù)被用于PID控制器的手動和自動整定。PID參數(shù)整定方法有多種劃分方式。按發(fā)展階段，劃分為常規(guī)PID參數(shù)整定方法和智能PID參數(shù)整定方法；按控制量形式的組合，劃分為非線性PID參數(shù)整定方法和線性PID參數(shù)整定方法，前者用于由非線性跟蹤微分器和非線性組合方式生成的非線性PID控制器，后者用于經(jīng)典PID調(diào)節(jié)器；按被控對象的多少，劃分為多變量PID參數(shù)整定方法和單變量PID參數(shù)整定方法，前者是zui近研究的難點及熱點，后者囊括了現(xiàn)有的大多數(shù)整定方法。智能PID參數(shù)整定方法包括基于規(guī)則的自整定方法和基于模型的自整定方法。基于模型的自整定方法是通過頻率響應(yīng)實驗、參數(shù)估計及暫態(tài)響應(yīng)實驗來獲取過程模型。
基于規(guī)則的自整定方法的整定是基于類似有經(jīng)驗操作者手動整定的規(guī)則，不用獲得過程實驗?zāi)Ｐ?。與基于模型的自整定方法一樣，基于規(guī)則的自整定方法使用負載干擾、暫態(tài)響應(yīng)或設(shè)定值改變等信息，對被控過程的特性觀測。若被控量與設(shè)定值不符，則控制器參數(shù)進行基于規(guī)則整定。一般通過對響應(yīng)特性進行量化，來獲得一個基于規(guī)則的自整定過程。通常使用的量是描述控制回路響應(yīng)速度的時間常數(shù)和振蕩頻率，以及用來描述控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的超調(diào)量和衰減比。獲得決定不同控制器參數(shù)的相應(yīng)規(guī)則應(yīng)該增加或減少相對比較容易，但確定增減的量困難比較大。因此，連續(xù)自適應(yīng)控制一般使用基于規(guī)則的整定方法。設(shè)定值變化的控制通常使用基于模型的整定方法，而在處理負載干擾和處理設(shè)定值變化的對象時基于規(guī)則的整定方法采用的處理方式相同。
從目前PID參數(shù)整定方法的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀來看，今后的發(fā)展過程中研究和實踐的重點和發(fā)展方向主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
1、對于單輸入單輸出被控對象，需要進一步研究PID參數(shù)整定方法，針對不穩(wěn)定被控過程或?qū)ο蟠嬖谳^大干擾的情況，增強在初始化和魯棒性等方面的性能，盡量使用的操作簡單且過程信息少，就可以很好的完成整定。
2、對于多輸入多輸出被控對象，需要對多變量PID參數(shù)整定方法研究，針對多變量過程的顯著耦合關(guān)系，使分散繼電反饋方法進一步*，使用到的先驗信息量盡可能減少，易于在線整定。
3、有待進一步研究智能PID控制方法和應(yīng)用，將增益計劃設(shè)定和自適應(yīng)、自整定二者有機結(jié)合，使其增加自動診斷功能；對原有工控制器設(shè)計思想及整定方法進行改進，結(jié)合專家經(jīng)驗知識、直覺推理邏輯等專家系統(tǒng)思想和方法；為進一步提高控制系統(tǒng)性能，將PID控制、模糊控制和預測控制交叉應(yīng)用。以上都是智能控制發(fā)展很有前途的領(lǐng)域。
控制原理：
PID控制器是將偏差的比例P、積分I、微分D線性并聯(lián)組合的控制器，其數(shù)學模型可以用下式表示：
從數(shù)學表達式可知，比例環(huán)節(jié)的作用是將偏差放大K，倍輸出。Kp越大，則響應(yīng)速度越快，有利于減小靜態(tài)偏差；K，越小，則超調(diào)越小，可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。但K。過大容易產(chǎn)生較大超調(diào)，過小會減慢響應(yīng)速度。因此必須適當選擇比例系數(shù)K，，才能取得響應(yīng)速度快、穩(wěn)態(tài)誤差小的控制效果。從數(shù)學表達式可知，積分環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)作用與偏差的積分成正比。不管存在偏差的大小，控制作用都會隨時間的增加而不斷增大。只有當偏差e(t)為0時，積分常數(shù)才為0，這時該部分不具有控制作用?？梢?，積分環(huán)節(jié)的作用是將系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差消除。積分環(huán)節(jié)的作用受積分時間Ti的影響很大。
當Ti較小時，積分有較強的作用，則系統(tǒng)過渡過程中有可能產(chǎn)生的超調(diào)較大，但只需較短的時間就可消除偏差；當王較大時，積分有較弱的作用，則系統(tǒng)過渡過程中不易產(chǎn)生超調(diào)，但是需要較長的時間消除偏差。因此，調(diào)節(jié)過程的初期，積分應(yīng)當弱一些，甚至可以取零，之后應(yīng)增強積分作用，有利于消除穩(wěn)態(tài)誤差。大則抑制e(t)變化的作用越強。
