基于PLC的新型PID控制器-科技论文

经典PID控制器及其缺陷
经典PID的精髓是靠目标与实际行为之间的误差来决定消除此误差的控制策略。经典PID是根据控制目标即设定值v与被控对象的输出y之间的误差e，误差信号的微分信号及其积分信号的线性组合来生成控制量u，控制量作用于控制对象来实现我们的控制策略，其表达式u=++
安排过渡过程的作用
在经典调节理论中，系统的快速性和超调存在着矛盾。如在二阶系统的阶跃响应中，我们直接取控制目标v与实际行为y之间的误差e=v-y，实际上，由于系统都存在惯性，输出y只能从零初始状态开始缓慢变化，而控制目标的初始值却是非零值v，从而误差e的初始值成为v，如果为了加快过渡过程而取较大的增益，那么系统将受到很大的初始冲击，使系统的实际行为很容易产生超调。
两个跟踪微分器来改造的PID
针对上文中提出的经典PID的缺陷，我们将采取如下措施来加以改进。在对象所能承受的范围内，根据控制目标，事先安排一个合适的过渡过程，然后让系统的实际行为y跟踪这个事先安排的过度来最终达到控制目标。这可以用跟踪微分器来实现;误差的微分信号可以用噪声放大效应很低的跟踪微分器来提取。改进后的PID控制器结构如图1所示。
在图2中，跟踪微分器Ⅰ用来安排过渡过程，，分别是安排的过渡过程及其微分信号，跟踪微分器Ⅱ用来提取输出的微分信号，，分别是系统输出的跟踪值及其微分信号。因此，e，分别是安排的过渡过程与输出信号跟踪值之间的误差及其积分信号，是安排过渡过程的微分信号与输出信号微分的跟踪值之间的误差信号。用这三个量的线性组合来决定控制量u。
仿真实验
通过罗克韦尔PLC平台的RSlogix5000编程软件，RSLinx通信软件以及RSEmulata5000仿真软件来进行仿真实验，采用结构化文本的方式进行编程。改进后的PID算法如下：
生成控制量：现取参数=1.0,=100,增益取,,时，二阶对象对输入为3的阶跃响应控制效果如图2所示。由图2可知，改进后的PID控制器与经典PID相比，解决了超调与快速性之间的矛盾，使系统更加平稳的过渡到稳态。
增益取,,时，同样对象仿真结果如图3所示。由图3可知，当误差的反馈增益扩大一个数量级时，经典PID虽能加快过渡过程，但震荡却更剧烈。而改进后的PID过渡过程加快，对误差反馈增益的选取范围大为扩大，从而使整定更为容易，控制器的鲁棒性更为加强。