1、時(shí)間延遲過(guò)程的PID補(bǔ)償控制19982002年：一項(xiàng)調(diào)查摘要摘要時(shí)間延遲可以被定義為有一個(gè)系統(tǒng)中一個(gè)事件從這個(gè)點(diǎn)開(kāi)始到另一個(gè)點(diǎn)結(jié)束之間所造成的時(shí)間間隔。延遲也廣泛存在于運(yùn)輸遲緩或死區(qū)時(shí)間，他們出現(xiàn)在物理，化學(xué)，生物和經(jīng)濟(jì)生活中，以及在過(guò)程測(cè)量和計(jì)算中。時(shí)間延遲過(guò)程的補(bǔ)償方法大致可分成比例、積分、微分（PID）為基礎(chǔ)的控制器，該控制器的參數(shù)可根據(jù)該控制器的結(jié)構(gòu)調(diào)整以及優(yōu)化，得以在該控制器中以最優(yōu)化的形式適應(yīng)過(guò)程模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。本文的目的

2、是總結(jié)在19982002年五年間的雜志岀版物中涉及到的用于延遲過(guò)程中的PID控制器的發(fā)展、調(diào)整、執(zhí)行的本質(zhì)。該文件將提供一個(gè)以前文章中可能沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)的框架。引言引言現(xiàn)狀表示在產(chǎn)業(yè)中PID控制器的使用無(wú)處不在，例如，在過(guò)程控制應(yīng)用中有超過(guò)95％的控制器是PID型（Astrom和赫格倫1995年）。盡管在過(guò)去40年中可替代的控制算法開(kāi)發(fā)有所進(jìn)步，但事實(shí)是PID控制器已廣泛應(yīng)用于工業(yè)差不多60年來(lái)，他們?cè)絹?lái)越受歡迎，例如，根據(jù)記錄在2000年

3、有83家涉及PID控制器控制延遲過(guò)程的出版物（德懷爾2003年a）。然而，安德（1993）認(rèn)為，在大量的被控過(guò)程的數(shù)以千計(jì)的控制閉環(huán)中，超過(guò)30％的控制器在手動(dòng)模式下運(yùn)行和65％在自動(dòng)模式下運(yùn)行但自動(dòng)運(yùn)行產(chǎn)生較多的延時(shí)（即自動(dòng)控制器是很不諧調(diào)的），考慮到各個(gè)文章中信息對(duì)于確定控制器參數(shù)值，這是非常明顯的。表1很好的證明了這點(diǎn)。由于篇幅的考慮，本文將大體介紹連續(xù)時(shí)間的PID補(bǔ)償，這是自1998年提出的，系統(tǒng)為具有時(shí)間延遲的單輸入單輸出流程

4、。PID控制器，以各種各樣控制器結(jié)構(gòu)可用于連續(xù)或離散的時(shí)間。理想的連續(xù)時(shí)間PID控制器用拉普拉斯形式可如下表示Ck=比例增益，Ti=積分時(shí)間常數(shù)Td=微分時(shí)間常數(shù)。如果Ti=無(wú)窮和Td=0（即P控制），那么閉環(huán)測(cè)量值會(huì)始終低于預(yù)期值這是因?yàn)楸豢貙?duì)象沒(méi)有積分環(huán)節(jié)，但是對(duì)于要保持持續(xù)穩(wěn)定的測(cè)量值，比預(yù)期值低是一個(gè)有益的偏差。積分環(huán)節(jié)的引用促進(jìn)了測(cè)量值和設(shè)定值之間的相等，這是由于誤差的積累增大了控制器的輸出。引進(jìn)微分環(huán)節(jié)意味設(shè)定值的變化可以預(yù)

5、期，因此適當(dāng)?shù)恼{(diào)整可能會(huì)提前加入到實(shí)際變化中。因此，在簡(jiǎn)單的層面來(lái)講，PID控制器的輸出是來(lái)自現(xiàn)在，過(guò)去和未來(lái)的控制。在許多情況下，延遲過(guò)程下的PID控制器設(shè)計(jì)是基于最初的用于無(wú)延遲程序控制器的設(shè)計(jì)方法。不過(guò)，普遍認(rèn)為PID控制器不適合延遲控制。有人建議，將PID實(shí)施于低到中等的時(shí)間常數(shù)、有小滯后時(shí)間的過(guò)程控制，同時(shí)參數(shù)設(shè)置必須用調(diào)整規(guī)則。PI或PID控制器參數(shù)規(guī)則控制器參數(shù)規(guī)則2、1迭代法迭代法適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償參數(shù)的選擇可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法得到

6、，例如通過(guò)手動(dòng)調(diào)整。然而，這種做法是費(fèi)時(shí)而且被控對(duì)象通常是要達(dá)到其穩(wěn)定極限。另外，圖形分析方法無(wú)論是在時(shí)間或頻域都可對(duì)控制器進(jìn)行調(diào)整。時(shí)域的設(shè)計(jì)是通過(guò)使用根軌跡圖，但是，延遲過(guò)程將設(shè)定為二階模型。頻域設(shè)計(jì)典型的做法被控過(guò)程可以是穩(wěn)定或不穩(wěn)定FOLPD模型，IPD模型或穩(wěn)定和不穩(wěn)定SOSPD模型。調(diào)整規(guī)則易于使用，即使缺乏準(zhǔn)確的過(guò)程模型。這些設(shè)計(jì)方法適合達(dá)到一個(gè)簡(jiǎn)單的性能指標(biāo)，用于補(bǔ)償一個(gè)非主導(dǎo)延遲的被控對(duì)象。調(diào)整規(guī)則的統(tǒng)計(jì)已經(jīng)早被做出來(lái)

7、了（O’Dwyer2003年b）。調(diào)整規(guī)則的統(tǒng)計(jì)按出版時(shí)間和刊物在表2列出，從本表能看出，人們對(duì)調(diào)整規(guī)則的發(fā)展的興趣在不停增長(zhǎng)。2.3分析技術(shù)分析技術(shù)控制器參數(shù)可使用分析技術(shù)確定。一些方法會(huì)減少適當(dāng)?shù)闹笜?biāo)（Astrom等人。1998年；Ham和Kim1998年；Kookos等。1999年，Liu和Daley1999年；Leva和Colombo1999年；He等。2000年，Howell和Best2000年Tan等人。2000年，Wang

8、和Cluett2000Leva和Colombo2001年；Campi等。2002年P(guān)anagopoulos等。2002年，Hwang和Hsiao2002Robbins，2002年b；Sung等。2002年，Tan等人。2002年，Yang等人。2002年a）。另外，直接合成策略可以用來(lái)確定控制器參數(shù)。這種策略可以在時(shí)域利用極點(diǎn)配置（Atherton1999年，Daley和Liu1999；Jung等人。1999年a，1999年b；Majh

9、i和Atherton1999年；Jaguste和Agnihotri2002）或在頻域，通過(guò)指定一個(gè)理想的幅值裕度或相位裕度（Fung等人。1998年，Wang等人。1999年b，1999c；Grassi等。2001Seki等。2001年，Crowe和Johnson2002年；Yang等人。2002年b）。魯棒方法可以用來(lái)分析設(shè)計(jì)一個(gè)適當(dāng)?shù)腜ID控制器（Huang和Wang2001年；Wang等人。2001年b；Ge等。2002年）。最后

10、，替代設(shè)計(jì)方法可用于確定某些特定控制器，如模糊邏輯（Byopadhyay和Patranabis1998年，2001年Blanchett等。2000年；Xu等人。1998年，2000年；Li和Tso1999年，2000年Mudi和Pal1999年Visioli1999年，2001年bWang等人。1999dTao和Taur2000年Mann等人。2001年a），遺傳算法（Cheng和Hwang1998年，Wang等人。1999d）或神經(jīng)網(wǎng)

11、絡(luò)（Huang等人。1999年Sbarbaro等。2000年Shu和Pi2000年）。分析方法適合設(shè)計(jì)具有非主導(dǎo)延遲的PIPID控制器來(lái)說(shuō)，因?yàn)樗麄冇忻鞔_的性能要求可以實(shí)現(xiàn)。結(jié)論結(jié)論控制專(zhuān)業(yè)的學(xué)者和從業(yè)人員仍然傾向使用PID控制器來(lái)補(bǔ)償具有延遲的被控對(duì)象。本文綜合介紹了自1998年在有關(guān)刊物上出現(xiàn)的補(bǔ)償技術(shù)。作者希望，該文件能為實(shí)際應(yīng)用提供方便的參考。這項(xiàng)工作表明，新的設(shè)計(jì)技術(shù)正不斷發(fā)展，而且每項(xiàng)技術(shù)都聲稱(chēng)這是最好的。但是通常都比較缺乏