基于系统辨识的PID参数自整定法及其应用

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在常规PID控制中,确定PID控制器中的比例,积分,微分作用参数的过程称为PID参数整定。PID控制是目前最通用的控制方法;目前大多数DCS系统PID参数整定都是由工程师们采用试凑法手工整定,这种方法既费力,又费时,而且达不到满意的效果。这样就提出了PID参数自整定的要求。本文从湖北化肥厂合成氨装置DCS系统中PID参数整定的实际出发,介绍了几种国内外PID参数自整定方法,分析了它们的优缺点及存在的问题,提出了一种新的基于系统辨识的PID参数自整定算法。本文主要做了以下几个方面的工作:   (1)在总结了前人PID自整定方法的基础上,提出了一种新的基于系统辨识的PID自整定算法。详细论述了系统辨识的相关知识,并应用最小二乘递推算法推导出基于系统辨识的PID自整定公式。   (2)本文介绍了OPC技术,论述了OPC服务器的软件开发。并给出了在湖北化肥厂合成氨装置CS3000DCS系统中通过OPC服务器进行数据采集及OPC服务器与OPC客户端连接过程的实例。   (3)论述了基于VB的PID参数自整定软件开发;给出了PID参数自整定程序设计界面。在VB环镜下,用PV趋势曲线显示和自整定参数区两控件实现。   (4)本文重点介绍了基于系统辨识的PID参数自整定算法在湖北化肥厂CS3000DCS系统中的应用。将PID参数自整定算法在MATLAB环境下进行仿真;把工业对象近似用二阶纯滞后来描述,构建了系统仿真模型,从而得出了文中提到的Z-N自整定法,辐值相位裕度参数自整定法,继电型自整定法及本文提出的基于系统辨识的PID参数自整定法的阶跃响应曲线;通过以上仿真曲线的对比,可以看出本文提出的基于系统辨识的PID参数自整定算法的优越性。在开车试运行过程中,通过给定值SV变化、负荷变化、工艺扰动对调节系统的影响等三组实验,我们得出了几种调节系统PID参数值和相应的PV趋势图。从PV趋势曲线可知,新方案的超调量比原方法的超调量小得多,其过渡过程时间短,抗干扰能力强,稳态误差小。从而验证了本文提出的基于系统辨识的PID参数自整定算法的可行性。
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