1、关键词：PID控制 PID校正参数整定继电反馈Parameters tuning and simulation of PID controllersAbstract：This paper mainly describes the basic theory of PID controller parameters on control performance, and the PID controller relay feedback method carried out on tuning analysis and simulation; on this basis, select the m
2、otor port model simulation comparison test, has some practical value. In order to design cars motion control system for the application background, use MATLAB language to design and simulate them. First, the principle of movement cars were analyzed to establish a control system model to determine a
3、desired static index （steady-state error） and dynamic indicators （overshoot and rise time）, the final application MATLAB M file environments to achieve automotive motion control systems design. Also the current parameters of intelligent PID controller tuning method is more advanced on-line revision
4、fuzzy algorithm parameters were compared in detail, specific mathematical modeling of design objects, and then use the classical control theory design controllers statement to draw step response curve, PID calibration curve based on the indicators.Finally, the achievement and insufficiency of my res
5、earch is summarized and prospected.Keyword: PID control PID correction parameter Tuning Relay Feedback一、 绪论随着时代的不断进步，工业生产相关的技术也不断的发展，于1920s年代，美国人首先开始使用PID控制器，因为它比直接作用在工业过程中的调节器拥有更好的控制效果，从而在工业领域当中，很快地被认可了。从产生一直到现在，PID控制作为一种经典的控制方法,在经过了几十年的发展和完善后，由于它具备优越的控制性能使其成为了过程控制领域中最广泛使用的控制方法；PID控制器有很多优点，它的构造简单，而
6、且适应能力强，不依赖于被控对象的精确模型、鲁棒性非常强，它的控制性能是否好坏会直接影响到工业生产过程能否高效地运。随着工业的发展，先进的控制方法也将出现更多的类型，但是PID控制的优势仍然在各种工业控制技术。所以，PID控制器的参数的优劣就变得尤为重要，更为其为闭环控制在实际条件下得到。到今为止，种种先进的PID控制器的参数整定方法不断地涌现，不过在实际运用当中，这些方法并无达到预期的那种完美的效果，因此PID控制器不仅具有理论意义,更具有实际意义的参数研究。（一）研究的背景及意义在日新月异的日子里，目前汽车进入了千千万万的家庭，渐渐变成了广大人们的普通的但不能少去的日常生活交通工具，能帮人们
7、代步，在这种情景下，如果想要衡量一个国家的发达程度的标志之一就是汽车的工业水平,其中最有效的就是家庭拥有的平均汽车数量。研究汽车运动性能这个课题主要需要研究它的操纵性,给人乘坐的舒适感觉和极其稳定,等待性。然而近几年来马路上的交通情况变得越来越复杂,越来越让人们感到为难，因此人们逐渐开始关注考虑汽车道路上的运动性能是否好坏。所以研究汽车的运动控制系统好坏也变得越来越重要。在现代这个控制工程领域当中，当前非常流行的就是MATLAB语言，它主要能够用来辅助计算机设计并且能指导教学工具的一种软件工具。它还是一种程序语言，可以计算通用的科技,控制一些系统和仿真图形和系统相互交杂。它还可以计算数值统计、
8、优化数据和分析处理自动控制中的各类问题在信号及图像等等很多领域中，并且在此原有的基础上有着计算德功能,除此之外还有图形显示的强大功能，最重要的一点是还能帮助设计一种叫做现代控制理论的领域,同时辅助计算机。MTALAB中有很多的控制语句，这些语句的语法和使用规则都非常类似FORTRAN和C等高级语言，但是它比那些高级语言在使用上更加的方便。目前它已经成为最受欢迎的计算机辅助设计和一种课堂上必须要准备的教学工具软件，而且有着其它超越平常的语言优势在科学与工程计算领域中，我们可以认为无论哪个闭环控制系统都有它自己固有的特点和性质，可以能有非常多种数学形式来对他描述，比如传递函数、微分方程、状态空间方
9、程。然而如果我们对这样的系统不做任何系统的改造,预计会很难很难达到最佳控制效果，比如他的快速稳定和准确性。为了达到这个最佳的控制效果，我们将添加在闭环系统中的控制器和控制器的相关参数进行调整和整定以便能够改造系统的结构特性，达到理想的控制效果，而在此基础上PID控制器就发挥了它的很多优点。因此，在一定程度上,PID的设计和参数整定变得尤其紧要。PID控制的结构相对于其他的控制器来说比较简单，而且它的稳定性能很好好、可靠性能也很高，对于可以建立比较精确的数学模型的控制系统来说，PID控制基本上可以发挥它的全部优点。然而在工业过程控制这个领域当中,几乎还有近90%的控制回路在应用PID这个控制策略
10、,即便是在控制技术理论领域得到了高速发展和运用的今天，。所以，PID参数的整定的方法的优劣决定了整个控制系统的性能。最近几年，智能PID控制器（intelligent PID controller）的发展尤其的迅速，其中模糊PID控制近年来也得到十分好的应用，它的应用范围非常大，从日常的消费品如温度计什么的到工业控制大型水泵、医疗器械各种手术台等领域。（二）国内外PID研究现状及发展趋势在工业控制过程当中，PID控制器及它的改进型控制器已渐渐地成为最为常见的控制器，这在工业控制领域中占有非常重要独特的位置。由于PID控制环节时不时地会受到的各种外界因素的影响，我们需要尽可能会对PID控制器的参
11、数进行整定，只有经过参数整定检测过后,PID控制系统才可以达到人们所期望的理想状态，即PID系统理想展现出PID控制器本身所具有的优良的性能。然而，许多被控对象的机理非常的复杂，我们无法直接对其简化，使它转变成可适用的线性非时变系统；当然在工业过程当中，肯定也会出现各种我们意想不到的影响PID参数的很多因素。在2002年的一次报告中，DESBOROUGH和MILLER分别指出了同样一个关于美国人怎么样使用PID控制器的情况。目前在社会上，在工业领域中，美国人可能使用远远超过11600PID控制器及很多这个控制器的相关产品；它们被使用在超过90%的反馈回路中，或者被用在基层控制层当中；但是，在这
12、些被使用的产品当中，并不是全部的产品都能达到期望中的效果。在实际应用中，其中只有近1/3的PID控制器可以令人满意，而有2/3的PID控制系统是不乐观的。正是这些原因，现在的控制器中已经出现很多智能控制器了，比如模糊PID、神经网络PID、遗传算法PID控制等。比如模糊PID、神经网络PID、遗传算法PID控制等。近几年来，模糊逻辑的应用有很多，分别从相机、便携式摄像机、洗衣机等日用消费商品，直到工业控制、医疗器械、决策支持系统和人力资源管理各涉及。所以，模糊控制也随着其的发展得到了更为广泛的运用。模糊控制（fuzzy control）是利用的就是模糊数学的基本思想还有一些理论的控制。模糊控制
13、既有系统化的理论，又有大量的实际应用背景。如果根据这样的优点来说的话，模糊控制基本上可以肯定地说，它会在控制领域的发展中得到很多的支持和更多的空间的，但是事实并非如此。相对于西方工业的发展，我们可能会觉得这种技术应该在西方,是前所未有的发展，然而，模糊控制是在西方不认可，并遇到了较大的阻力；但在相对工业技术还没有很发达的东方尤其是日本，已经被迅速而广泛的推广应用。这么多年来，模糊控制有很大的作用和贡献，已经成为自动控制领域中非常重要的部分。即使受控对象的数学模型很不精确的，也可以使用模糊控制。事实上，模糊控制和PID控制的联系可以说是非常紧密的，模糊控制被非线性PID控制。在生活中，有很多的控
14、制器是模糊控制和PID控制的组合体，这样的话，我们设计的控制器就可以综合两种控制器的优点了。从PID控制器的使用情况中我们可以了解到，在很多的情况下，使用单纯的PID控制器，并不能是系统达到它的理想状态，而混合型的PID控制器更能够实现系统所要求的各项状态。经过历代的研究和工程人员的努力,研究 PID和基于各种改进型的PID 的各种控制的应用可以说是已经非常非常的熟练了, 而且还是在当前控制工程中的主流控制器了, 对它的实用性及有效性我们不用去怀疑，我们可以说有很大的把握。虽然现状时这样的，然而仍然有很多很多的不足之处需要我们做进一步改善,尤其是在复杂对象中如果运用PID 型控制器（ 主要是时
15、延很大、参数时变很快、不确定性非常明显和非线性很严重） , 可能它的控制质量不怎么让人满意的。因此我们需要通过提高改进PID控制结构来提高我们控制系统性能。如对积分环节的改进, 就可以得到积分分离PID 控制算法、遇限削弱积分PID 控制算法等对微分环节进行改进, 以此来得到不完全微分PID的控制算法和微分先行的PID 控制算法和带死区的PID 控制算法等。它们克服了传统PID 控制的很多缺点在很多情况下。积分分离算法可以克服积分饱, 这样就可以很明显的降低系统的超调, 减少过渡的时间。所以, 如果我们能很成功很好地把PID 型控制器用在很复杂繁琐的对象的控制,怎么样在理论上, 给很多模型在基于软计算科学上, 比如叠代、粗集模型、小波模型、专家系统模型、运动模式模型、非参数预测模型、学习模型、模糊模型、和其它很多人工智能模型等的工作机理进
