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摘 要

随着现代各类的需求整体迅猛发展，经典控制策略中的控制器作为其中一种，已广泛应用于不同工况的各类工控领域。控制器的性能优劣与最终产出的质量以整个系统的稳定性息息相关。因此的参数合理设定便是重中之重。而随着现代各种计算机控制技术与人工智能近年来的突出发展，由此出现了许多不同适用对象的参数整定的方法。

本文着重于基于继电反馈的参数自整定算法其在各类外界条件下的适用情况进行了相关研究。同时也检验了对于继电反馈在串级系统中的应用，利用其主副回路特性采用两步整定法得到相当满意的控制效果。最后，为了检验继电反馈的所得到的参数的准确性，本文采用了和利时对单容水箱进行了控制效果检验，得到了满意的控制效果，由此证明来了本文所提出的方法具有相当的可靠性与有效性。

关键词：控制器 继电反馈 参数整定 串级系统

PID Controller Self-tuning Based on Relay-feedback Test

Abstract

With the rapid development of modern demand, PID controller, as one of the most classical control strategies, has been widely used in the field of automation industry control. The performance of the controller is closely related to the quality of the final output and the stability of the whole system. Therefore, the reasonable setting of PID parameters is the most important. With the growth of modern computer control technology and artificial intelligence in recent years, there are many methods for setting PID parameters for different objects.

This paper focuses on the application of PID parameter self-tuning algorithm based on relaying feedback under various external conditions. At the same time, the application of relay feedback in cascade system is tested, and the two-step tuning method is used to obtain a satisfactory control effect by using the characteristics of the main and secondary loop. Finally, in order to verify the accuracy of the PID parameters obtained by relaying feedback, the control effect of the single tank is tested by using Hutchison PID, and the expected control effect has been achieved.

Key Words: PID controller;Relay-feedback; Parameter tuning; Cascade system

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2 PID控制简介 1

1.2.1 PID控制算法特性 2

1.2.2 PID控制器参数与系统性能关系 2

1.2.3 控制策略的选择标准 4

1.3 PID参数整定的基本策略 4

第二章 基于继电反馈的PID参数整定法 7

2.1继电特性概述 7

2.1.1 继电反馈的基础理论 7

2.1.2 描述函数法 8

2.2 标准继电反馈整定的理论算法 10

2.2.1 继电测试 10

2.2.2 被控对象的系统辨识 12

2.2.3 整定规则 13

2.3 继电反馈测试整定的不足 15

2.4 本章总结 16

第三章 继电反馈的Matlab仿真模拟实验 17

3.1单回路仿真模型应用 17

3.3.3 单回路模型仿真 17

3.1.2 单回路实物测试 19

3.1.3 继电测试与手动调参的优势对比 22

3.2 串级回路仿真模型 24

3.2.1 串级系统简介 24

3.2.2 串级系统模型仿真 25

3.3 本章总结 28

总结展望 30

参考文献 31

第一章 绪论

引言

随着全球化竞争日益激烈，过程控制工业以及制造业也在其影响下发生了重大的调整。由此，控制技术在这个过程中凭借着它易于辨析，算法易实现，稳健性好，稳定性好和精确度高的优点在各类控制领域仍然占据主导地位，而其中控制器的参数调节越来越重要。因此，已然出现了越来越多的参数整定方法，各类方法不可否认都有其适用的场合，在不同的条件下单一的参数整定策略难以达到最佳的长期控制效果。所以目前来说，在总的工控领域中控制器以及获得了普遍的认可。但与此同时整个控制领域其却普遍缺乏较为良好的参数整定体系。

而早期Hagglund和Astrom首先提出了在整定参数时使用继电测试的方法。其基于继电反馈的参数整定为整个控制领域的研究者提供了全新的研究方向。本文采用继电反馈测试，研究了常见的单回路以及串级控制系统。

本章首先阐明控制的基本理论，以及算法与现实运用分析，同时也涵盖了各类参数整定方法优劣对比，而后展示了本文的总体研究策略以及相应的研究成果。

PID控制简介

控制是指基于所得偏差信号的比例（）、积分（）和微分（）的非固定算法得出结果从而控制输出，正如图1-1所示。由图中可以直观的看出算法包含了偏差信号三个方面的信息，分别为过去的系统信息（积分I），当前的系统信息（比例P）和不久之后的系统信息（微分D），其具有稳健性好，算法简单易于辨析，能达到预期控制效果，满足了大部分控制需求因而得到了广泛的运用。

图1-1 控制系统框图

1.2.1 PID控制算法特性

由图1-1可以得到最终输出信号为：

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