英语原文共 6 页

基于PLC PID混合整定的直流电机调速控制性能改进

摘要：本文介绍了PID调谐的实验研究。 PID调节可以通过两种方式完成，即离线和在线调谐。 本研究中使用的离线调整方法是Ziegler-Nichols Quarter Decay，而使用的在线调整方法是模糊逻辑控制器（FLC）。 在本研究中，执行离线和在线调谐之间的组合以形成所谓的混合调谐。 与单独的离线调谐相比，混合调谐提供了显着的改进。 稳定时间已经提高到42,86％，而百分比过冲（％OS）和绝对误差积分（IAE）可以分别降低到63,63％和8,49％。 在设定点变化中，混合调谐比离线调谐具有更好的性能。

关键词：PID，调谐，Ziegler-Nichols，季度衰减，模糊

I.引言

PID控制在控制系统中起着重要作用，如调查文件[8]所示。 PID控制被广泛使用，因为它的简单性和相当好的性能[1]。 然而，PID有两个主要缺点，即PID的参数的确定及其性能随着系统条件的变化而降低。 PID参数的确定或调整通常通过找到系统的数学模型来完成。 然而，如果系统控制太复杂，这种方式变得困难。 为此，开发了实验方法。 PID调节通常可以通过两种方式完成，即离线和在线调谐。 当系统不工作时，执行脱机调整，而在系统处于工作状态时执行联机调整。 因此，在线调优可以处理系统运行时系统条件的变化，但通常这些方法不能计算。

本研究中使用的离线调谐方法是Ziegler-Nichols Quarter Decay类型，而在线调谐方法使用的是模糊逻辑控制器（FLC）。 在本研究中，离线和线性调谐的组合称为混合调谐。 通过使用离线调谐组件替换在线调谐中的一些组件来完成混合，以提高控制性能。 控制算法然后在PLC上实现以控制DC电动机速度。

已有许多关于PID混合调谐的研究，如[2]所示，但PID和FLC之间的配置（作为在线调谐）需要长的计算，不能实现在简单的控制器如PLC。 在这项研究中，PID混合调谐的算法做得很简单，以便在PLC上实现。

II. PID调谐

A. PID离线整定

当系统不工作时进行整定。整定有例如 Ziegler Nichols和Cohen Coon [ 3 ]等很多方法。齐格勒-尼克尔斯方法本身是分为两种方法：曲线反应，开环和闭环做极限周期进行中。前者的方法，参数是很难估计在嘈杂的环境中，最后一个可以是相当不利的系统，因为不是所有的系统可以容忍维持振荡条件[ 4 ]。所以在本研究中，尼克尔斯齐格勒–季度衰退[ 9 ]使用，这种方法提供了所需的季度–振幅响应的近似，如图1所示。

图1.季度衰减响应

齐格勒尼科尔季度衰减是通过调节Kp和禁用积分做（I）和衍生（D）控制功能在一季度–振幅响应（图1）有。KP，使系统具有响应即KU1 / 4 Ku = 2times;KU1 / 4 [ 5 ]，而最终的时期（TU）是从曲线，图1 ..然后值KP，KI和KD PID控制器通过公式表1要求。

B.PID在线整定

系统工作时，对PID参数进行在线整定。在这个调整的一些方法的模糊逻辑控制器（FLC），遗传算法（GA）、神经网络（NN），等FLC PID在线整定是在[ 5 ]。然而，这种方法需要很长的计算时间，因为调整的目的是三增益参数KP、KI、K D系统如图2所示。

表1尼克尔斯齐格勒–季度衰减PID公式[ 9 ]

图2模糊PID控制器[ 1 ]

图3实验装置

Ⅲ.控制系统设计

作为测试台，DC电机用作工厂，而PLC用作数字控制器。 该系统的示意图如图3所示。

A. PID结构

PID控制器有两种常见的结构。 首先是串联或级联结构，如图4.a所示，其公式如式（1.a）[4] [6]所示，其次是并联结构如图4.b所示，其中式（1.b）[2] [3]。

从图4可见，在第一结构，KP为控制器的主导作用，而在第二结构，KP，KI，KD，对输出的贡献相同。因此，作为理由，我们要使用本研究提供第一结构。因为内部增益控制器KP，我们选择KP是在线整定，其他离线整定。

图4.PID结构（a）串联，（b）并联

B. PID离线整定

本研究中使用的离线调整方法是Ziegler Nichols Quarter Decay，因为使用了闭环系统。 系统的框图如图5所示。积分和微分项中的常数K用于通过将K设置为0来禁用两个控

图5.PID离线整定