基于PID自校正的原稳加热炉温度控制(MATLAB,附程序)(课题申报表,任务书,开题报告,中期检查表,外文翻译,论文18000字,程序,答辩PPT)
摘 要
PID控制器因结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而被广泛用于过程控制和运动控制中，常规PID控制器有许多不完善之处，其中最主要的问题就是PID控制器参数整定问题，如何能够简单易行的在线实时自动整定PID参数，让控制过程时刻处于最佳状态是人们一直在努力研究的。
本文研究了自校正PID控制器，自校正PID控制器是自校正思想和常规PID控制器相结合的产物，它吸收了两者的优点：设计参数少，根据一定的自适应规律能够在线整定和校正PID参数，具有较强的适应能力。利用递推最小二乘法推导了自校正PID控制器参数，并根据时变过程中系统参数变化的特点，给出了带遗忘因子的递推最小二乘法这一估计算法。在MATLAB仿真环境中，对原稳加热炉温度控制进行系统仿真，结果表明当采用自校正PID算法时，系统有自适应能力，能根据被调节系统自动调节KP、KI、KD参数使系统达到稳定，解决了长期以来大时滞加热炉系统PID参数设定难的问题。
关键字：自校正PID；炉温控制；参数估计；最小二乘法
Abstract
Due to simple structure,steady function and reliable and convenient operation, PID controller is widely used in process control and dynamic control. But there are many defects in the routine PID adjustment. The most important thing is the parameter adjustment of PID controller. People are making great effort to realize the automatic adjustment on line for PID parameter to make the control process into a best state all the time.
This paper studies the self-tuning PID controllers. Self-tuning PID controller is the combination of self-tuning concept and routine PID. We absorb the merits in two and design the less parameters in adjustment possess powerful adaptability. The deducing process of setting PID controller parameter in self-tuning is given in this paper by RLS Method. According to the characteristics of parameter changes of the system during the process of timing-changes, the estimated algorithm RLS method with forgetting factor is given. In MATLAB environment, we simulate the system of Self-tuning PID controller, and study the adaptability, when PID controller parameter changes. The results show that when adopting the self-revised PID controller, the system can adapt the complex working conditions and the controller can select the PID parameters automatically. Moreover, it has solved the difficult problem of setting large delay experimental boiler system PID parameters.
Keywords：Self-revised PID Controller; Temperature Control; Recursive Least Square Method; Parameter Estimation
1.3本文主要研究内容
本文根据自适应控制技术和常规PID调节器原理，研究最小二乘法自校正PID调节器，并利用MATLAB语言编制程序，进行试验仿真。从理论上来说，自校正PID调节器吸收了自适应控制器和普通PID调节器的优点，能够根据工程实践对闭环系统的稳定性和调节品质的要求指定到系统极点和零点的位置，使用一定的自适应规律在线实时调节PID调节器参数[5]。本文研究的主要内容是：对于给定了被控对象和期望传递函数的闭环系统，在PID调节器的参数未知情况下，利用递推最小二乘法这种自适应规律，任意给定系统一个初始值，要求通过PID调节器的自校正，使系统的实际输出能够跟踪期望输出，并计算出自校正完成后的PID调节器的参数值。
本论文详细的阐述了常规PID控制优点和缺陷控制功能，以及如何把最小二乘法的思维与常规PID相结合的，得出了基于最小二乘法的自校正PID控制算法[6]。以及如何把自校正PID应用到原稳加热炉温度控制系统中，并对自校正PID原稳加热炉温度控制系统进行了Matlab仿真，并与常规PID控制的原稳加热炉温度控制系统相比较，得出了自校正PID能自适应原稳加热炉系统且自动调节PID参数以达到最优控制，解决了常规PID参数难以设定的问题。
1.4本文内容安排
自校正PID调节在工业应用中方兴未艾，各项科研成果层出不穷。本文主要做了以下工作：
第一章：系统介绍了自适应控制理论的原理和发展状况；
第二章：系统介绍常规PID调节器和数字PID调节器的控制算法，分析了算法的缺陷。
第三章：介绍了本文所用的系统仿真软件：MATLAB的基础知识，为下面的系统仿真提供了基础知识；
第四章：论述了本文所用的基础知识：递推最小二乘算法。针对时变系统，提出了带遗忘因子的递推最小二乘算法；针对给定的系统模型和控制关系，按照递推最小二乘算法，设计了PID参数整定的流程图和MATLAB程序，在并进行仿真实验。通过改变初始值、被控对象和输入函数等内容的试验，来验证自校正PID调节器的收敛性和稳定性。
目 录
第1章 绪论 1
1.1 选题背景意义 1
1.2加热炉温度控制现状及趋势 2
1.3本文主要研究内容 3
1.4本文内容安排 3
第2章 PID简介 4
2.1PID控制原理 4
2.2PID控制的参数整定 5
2.3PID参数整定研究现状 6
2.4数字PID控制 7
2.5本章小结 10
第3章 Matlab简介 11
3.1MATLAB概述 11
3.2 MATLAB语言特色 11
3.3 MATLAB编程简介 14
3.3本章小结 14
第4章PID参数自校正算法 15
4.1 自适应控制系统概述 15
4.2递推最小二乘自校正控制系统 18
4.3最小二乘自校正PID控制算法 23
4.4本章小结 28
第5章 MATLAB仿真过程及其程序编写 29
5.1 控制对象数学模型 29
5.2 算法实现流程图 30
5.3基于最小二乘的PID自校正调节器编程 31
5.4 仿真结果 32
5.5本章小结 34
结论 35
参考文献 36
致 谢 37
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