一种用新的频域设计方法调整的pid的计算机软件

一种用新的频域设计方法调整的pid的计算机软件计算机和电机工程29(2003)251-257通信技术电机工程学系，巴纳拉斯印度大学，瓦纳西斯221005，印度摘要软件包为Wang等介绍的PID控制器调整被开发了使用新的频域方法。它是用户友好的和是由两个实用例子说明的。研究包括新的频域设计方法的范围和局限。关键词：PID控制器；调整；频域设计；调整的软件包；计算机算法1、 引言比例加积分微分（PID）控制器仍然是在过程工业使用控制最常见的类型之一。Ziegler-Nichols（Z-N）［1］-内模控制［2］的调整方法一直是最常用的形式，并且Z-N调整方法一直是最早成功地在熟悉性和术语易用性实施改良计划［3］。为了使控制器的情况下更有效，如设定点的变化和扰动操作过程中，修改后的频域的PID控制器的设计方法已建议由Wangetal［4］。使运用‘新的频域方法’更加容易；并且通过进行重要研究提出方法的有效率性和局限性，计算机程序的一个交互式软件包在‘C’，是用户友好的，在这篇文章上被提出了。计算机软件的应用PID调整，是通过文献资料［5］的程序控制问题实用例子来说明这里，那明显地提出效率性或“新频域设计”。2、 PID调整的软件考虑在Fig.1显示的反馈控制系统（a）。G（s）结构，PID控制器，是公式qq+州+t』 （m并且d（t）是负载干扰（2-2）新频域设计［4］用moditied频域方法引入一种新的参数a来适应设计来构成控制输入u（t），（2-2）_以［1—eL当a=初始改变/总变化，要求为输出响应y（t）达到工作点r（t），例如“0型”设置，指定为0宫+1)/ 、L As+1)（2-3）置，指定为0宫+1)/ 、L As+1)（2-3）和所要求的闭环传递函数GYc1"+%+1)]成)]（2-4）0-1t被发现选择a会得到“占主导时间的恒定常数T”，及（ii）为一整合（非'0型'）过程，指定U（s）/R（s）将为（2-5）通过G(s)得到TOC\o"1-5"\h\zG广以b]%｝件瑚+*2S2+赤+1时 (2-6)\o"CurrentDocument"1- 0J1- / 」其中Z是阻尼因子，a0是第一任期内的秩序膨胀系数G(s)=G1+as+...] (2-7)上述新方法涉及的设计步骤：控制信号，u(t)，规格；调整的参量的演算；对关于可行性的控制器表现的评估。3、计算机算法PID调节软件在“C”中的发展，使在第二部的设计被构造了如在Fig.1(b)的流程图所显示。步骤1:所形成的U(s)，预期的控制信号变换，通过选择一个适合预期的反应速度(flie1NFDD.C).要求的闭环系统传递函数的是,来自于图1(a)中Gc13=]F(咳(加)『'呼R(加)] (3-1)并且Gp1(jw)来自Eq.(7)中。输出函数的计算式G(3)=G(吧(沁)来自Eq.(7)，并解决了系数在Kc，Ti，Td，在两个特殊的频率巴=2%；也=4%，在特定时间的闭环系统s s(file2CLOSE.C)。通过对输出响应的检测、评价、规则来确认a的选择对Kc，Ti，Td的可行性，Y(j3)=Y(^)ejQ(^)(在极坐标系的形式)通过PI控制器在0<Q(d「<%，使Kc，Ti是正数；通过PID控制器在0<Q(co1)<n，来确定Kc；Td是正数得到yCd)>Y(w)；同时Ti是正数得到YSIo2>YCoIo2；在其中31，32是设计使用的频率。 '21 *'2如果上述条件不是符合，调整为参量可行性将被重复。第2步：从Fig.1(a)(file2CLOSE.C)得到闭合回路传递函数GdS=Gj)G(JO)E+gg(jo) (3-2)c第3步：选择的设置点r(t)和输出性能y(t)的时域上的上升时间，校正时间(file3INPUT.C）。第4步：绘制响应曲线利用四阶Runge-Kutta方法（file4RESPONSE.。。组成以上相关文件file1NFDD.C；file2CLISE.C；file3INPUT.C已被开发。file4RESPONSE.C构成仿真包，它们是联系在一起，使之互动，显示出最后可行的参数值，Kc，Ti，Td和闭环反应。4、 说明用户友好的应用PID控制调谐器，上述发展是通过考虑二个实用例子说明了的。例1:考虑对热交换器用在文献［5］中系统温度控制的过程通过GQ=。G+T打来描述。在这里,“d”已经从d<T到d>T在调整方法上对时间延迟的影响，在Fig.2上显示。理想的响应速度相对于上升速度比设定时间更长。从Fig.2.（c）可以看出，对于时间长的延迟系统，与要求用'新的频率方法’相背，它的反应不令人满意。通过描述G（s）=e。.6%+033^）来考虑系统［5］的液位控制下的串联箱。在变化的Kc，Ti，Td的调整为例,研究了n=1、2、3和绘制调谐参数的'Kc，Ti，Td’对'a'（指直接显示的反馈速度）。在Fig.3中n=1时，它希望控制器的调整参量汇合，接近于a=3（显示了三倍响应曲线速度）。当阶数增加到n=2，能从Fig.3看出控制器有调整参量汇合的问题，Ti变成负数。这也被视为大值对n=1和2之间是正确的。对于n=3,就像在图Fig.5中，因为低的响应速度（a小）,所以两个参数为负数时控制器调节器被发现不可行。5、 结论PID控制器仿真包因为“新频域设计方法”［4］被有效的开发应用而更好的发展。如流程图（Fig.1a）所显示，仿真软件使用符合逻辑步骤，使成为交互式和用户人性化。上述PID调节器软件被用于研究。的有效性，和时间延迟过程的范围，有关进行调整参数的可行性。由两个实际进程的例子［