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PID控制算法是经过多年实践经验的总结提炼在20世纪初提出的。随后维纳反馈控制论思想的论文发表后,基于信息反馈的自动控制理论得到了广泛且深入的研究。尽管控制理论经历了经典控制到现代控制,智能控制等发展阶段,传统的PID反馈控制依旧活跃在大多数工业过程中。它更适用于底层实时控制回路中,快速处理被控对象的跟踪问题。PID控制效果的好坏直接取决于控制器参数的选取,历来已有大量关于PID控制器参数设计的研究。然而这些算法多单从系统的控制性能出发,较少考虑控制能量及二者之间的权衡关系。本文结合现代最优控制思想,基于滚动优化(RHO)策略,将被控对象的跟踪性能与控制能量加权包含在代价函数中,给出约束条件下PID参数的实时优化方法,使系统性能满足设定要求。本文的主要内容包括:1)传统的PID控制器参数整定方法,如Ziegler-Nichols(Z-N)整定,难以满足系统性能最优。本文首先采用经典控制理论分析方法,讨论PID控制器参数的变化对系统跟踪性能和控制能量的影响。针对两个简单低阶的被控对象,首先给出使闭环系统稳定的控制器参数范围,分别建立二者性能指标(跟踪误差与控制信号的平方积分指标)关于控制器参数的函数关系表达式,通过理论分析结合仿真实验,找到控制器参数变化对系统性能的非线性影响,并为下一步在离散域内对PID参数进行有限时域在线滚动优化提供了一定的理论基础。2)第一部分给出结论PID参数分别使系统跟踪性能和控制能量达到最优点之间的参数选取体现了对这二者性能的权衡。为了将PID参数设计推广到更为一般的高阶系统中,本文进一步给出离散域内基于多目标加权性能指标的在线滚动优化策略,实时优化PID控制器参数。该RHO-PID方法便于处理系统操纵变量和跟踪信号的约束,且将对PID三个参数的选取问题转化为对系统跟踪性能和控制能量权衡的问题。3)在RHO-PID控制器在线整定算法中,性能指标中引入的权重系数体现了系统跟踪性能与控制能量之间的权衡关系,对控制器参数的优化结果起到了至关重要的作用。对于无偏差控制,系统的控制性能主要体现在动态响应部分。在给定系统允许最长调节时间内动态响应和控制能量指标要求后,给出滚动优化性能指标中权重系数的设计方法。同时讨论了满足输入输出约束条件下,使系统综合性能最优的变权重系数设计。4)针对实际被控对象在不同工况下参数可能发生改变的情况,结合子空间在线辨识方法,提出数据驱动的RHO-PID控制器参数优化算法。子空间方法对被控对象的先验知识要求较少,数值计算具有鲁棒性。由历史采集数据构造的Hankel矩阵,经一系列数值运算可直接得到系统在未来有限时域内的预测输出关于PID控制器参数的函数表达式。结合前面提出的RHO-PID滚动优化策略,可很好的实现PID控制器参数在线整定。