恒溫恒濕試驗(yàn)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(shì)。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(jiǎn)單的特點(diǎn)，適用面很廣。
PID控制器及其改進(jìn)型是在工業(yè)過程控制中zui常見的控制器。據(jù)統(tǒng)計(jì)，工業(yè)控制的控制器中PID類占有90％以上。然而實(shí)際被控對(duì)象或過程往往難以建立的數(shù)學(xué)模型，具有非線性、時(shí)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(jì)算機(jī)技術(shù)為解決復(fù)雜動(dòng)態(tài)不確定系統(tǒng)的控制提供了新途徑，也為PID的改進(jìn)開辟了新空間。
PID控制的發(fā)展：
PID的發(fā)展過程，實(shí)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(dòng)和自動(dòng)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(duì)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(diǎn)及熱點(diǎn)，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?；谀Ｐ偷淖哉ǚ椒ㄊ峭ㄟ^頻率響應(yīng)實(shí)驗(yàn)、參數(shù)估計(jì)及暫態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)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(yàn)操作者手動(dòng)整定的規(guī)則，不用獲得過程實(shí)驗(yàn)?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(fù)載干擾、暫態(tài)響應(yīng)或設(shè)定值改變等信息，對(duì)被控過程的特性觀測(cè)。若被控量與設(shè)定值不符，則控制器參數(shù)進(jìn)行基于規(guī)則整定。一般通過對(duì)響應(yīng)特性進(jìn)行量化，來獲得一個(gè)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(shí)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(duì)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(fù)載干擾和處理設(shè)定值變化的對(duì)象時(shí)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(shí)踐的重點(diǎn)和發(fā)展方向主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1、對(duì)于單輸入單輸出被控對(duì)象，需要進(jìn)一步研究PID參數(shù)整定方法，針對(duì)不穩(wěn)定被控過程或?qū)ο蟠嬖谳^大干擾的情況，增強(qiáng)在初始化和魯棒性等方面的性能，盡量使用的操作簡(jiǎn)單且過程信息少，就可以很好的完成整定。
2、對(duì)于多輸入多輸出被控對(duì)象，需要對(duì)多變量PID參數(shù)整定方法研究，針對(duì)多變量過程的顯著耦合關(guān)系，使分散繼電反饋方法進(jìn)一步完善，使用到的先驗(yàn)信息量盡可能減少，易于在線整定。
3、有待進(jìn)一步研究智能PID控制方法和應(yīng)用，將增益計(jì)劃設(shè)定和自適應(yīng)、自整定二者有機(jī)結(jié)合，使其增加自動(dòng)診斷功能；對(duì)原有工控制器設(shè)計(jì)思想及整定方法進(jìn)行改進(jìn)，結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、直覺推理邏輯等專家系統(tǒng)思想和方法；為進(jìn)一步提高控制系統(tǒng)性能，將PID控制、模糊控制和預(yù)測(cè)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(xué)模型可以用下式表示：
從數(shù)學(xué)表達(dá)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(huì)減慢響應(yīng)速度。因此必須適當(dāng)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(xué)表達(dá)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(huì)隨時(shí)間的增加而不斷增大。只有當(dāng)偏差e(t)為0時(shí)，積分常數(shù)才為0，這時(shí)該部分不具有控制作用。可見，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(shí)間Ti的影響很大。
當(dāng)Ti較小時(shí)，積分有較強(qiáng)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(shí)間就可消除偏差；當(dāng)王較大時(shí)，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(zhǎng)的時(shí)間消除偏差。因此，調(diào)節(jié)過程的初期，積分應(yīng)當(dāng)弱一些，甚至可以取零，之后應(yīng)增強(qiáng)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(qiáng)。
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