vs的数字pid控制器
随着世界科技的发展，PID控制器已经运用到许多领域中，它在过程控制和运动控制中起着相当重要的作用。PID控制器结构简单，调整方便，而且成本较低，受到了工程技术人员的广泛喜爱。然而，随着PID控制器的广泛运用，它的研发却从未停止。人们总是希望产品越来越便捷，成本越来越低，因此PID控制器的研究仍在持续蓬勃的发展。本次设计研究了基于Visual Studio软件实现PID控制，主要利用PID比例增益、积分时间、微分时间三个参数的进行PID计算。本次课题利用PID的各种参数分别展示了基于理想微分和实际微分的阶跃响应曲线。近年来，继电反馈在PID控制中得到了广泛地运用，因此，本课题在PID的基础上，加入了继电反馈环节。当对象的比例增益K、对象时间常数T和对象纯滞后τ中任意一个参数发生变化，系统的超调量增大，甚至导致系统不稳定。加入了继电反馈环节，经过整定后可以减小超调，使系统能尽快稳定下来。
目录
第1章 绪论 1
1.1课题研究背景 1
1.2课题研究目的及意义 1
1.3研究现状 1
1.4 本文的研究内容和方法 2
1.4.1 研究内容 2
1.4.2 研究方法 2
第二章 PID控制简介 3
2.1 PID控制器的原理 3
2.1.1系统的动态性能 4
2.1.2PID各个环节的作用 5
2.2理想微分 6
2.2.1位置式PID控制算法 6
2.2.2增量型PID控制算法 7
2.3 实际微分 9
第三章 Visual Studio软件 11
3.1 Visual Studio 11
3.1.1Visual Studio的介绍 11
3.2.2 项目和解决方案 11
3.2.3断点调试 11
3.2 Visual C# 12
3.2.1 Visual C#的介绍 12
3.2.2 C#的Windows Forms 12
3.2.3 C#语句控制 13
第四章PID控制的运用 14
4.1理想微
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
分PID控制 14
4.2实际微分PID控制 16
第五章 基于继电反馈PID参数整定 18
5.1继电反馈算法 18
5.1.1 继电控制理论 18
5.1.2继电特性 19
5.1.3继电反馈的优缺点 19
5.2整定的基本方法 20
5.3 继电反馈的实现 20
5.5热水锅炉温度控制 23
第六章 总结与展望 27
6.1总结 27
6.2展望 27
参考文献 29
致谢 30
第1章 绪论
1.1课题研究背景
PID控制器在上世纪产生后，经过70年的不断发展，在工业控制中起了相当重要的角色。据统计，简单的PID控制器在控制回路领域中占了84%，而加上改进后的PID控制器则占到了90%。它以结构简单、控制方便和成本较低的优点得到了许多控制工程师的青睐。
随着社会的进步，如今工业上都依靠自动化控制来代替人力劳动，在带来了方便的同时也提高了工作效率。工业自动化在不断的发展，已经成为了衡量现代化水平的标志。自动控系统是工业自动化的核心，由开环和闭环控制系统两大类组成。
1.2课题研究目的及意义
PID控制器能够广泛地应用到工业控制中，且在市场中占据主导地位，足以证明PID控制器的品质优良。PID控制器对于各种不同的对象都能适用，它有较强的鲁棒性[1]。所谓鲁棒性就是大多数PID 控制器具有较好的稳固性和抗攻击性。
虽然PID运用广泛，但结构简单PID控制在某些方面仍然存在控制品质上的局限性：大多只适用于单输入输出系统，对于受控对象存在开环不稳定过程等情况时，为了能得到好的控制效果，需要使用多个PID控制器或者和其他的控制器一起使用；只有少数几个主要的零极点能确定闭环系统，从根本上来说闭环特性只是基于动态特性的低阶近似假定的,并不能满足对伺服跟踪控制和假定设定值的不同性能要求。对于PID控制器存在的问题，通过将PID控制器和其他算法结合，对其进行改进，得到改进型PID控制器。
1.3研究现状
如今社会竞争越来越激烈，许多企业通过使用先进的控制器来获得更多的经济效益，从而提高企业的竞争。采用先进的控制技术虽然在投资成本上增加了，但相对的获得的经济效益也成倍的增长。正是因为如此，PID控制器的研究才在不断地发展。通过多年研究努力，PID控制在参数调整上取得了较大的成果，如自适应PID控制、模糊PID控制、遗传算法PID控制、智能PID控制等。这些控制与传统PID控制相结合，除了能控制一些简单的系统，还能控制一些复杂的非线性系统，且每种控制都有各自的优点。随着PID控制技术的不断发展，它将拥有更好的前途和应用。
为了能够更加地了解PID控制技术，需要阅读许多关于PID的文献资料。通过阅读陶永华的《新型 PID控制及其应用》,可以知道在复杂控制系统和高精度伺服系统中，采用Fuzzy PID控制器等复合型控制器，可以达到理想的控制效果，它对各种被控对象，不同的控制指标均能实现PID最佳的调整[2]。对于智能PID参数的整定方法，《PID参数先进整定方法综述》中提到目前众多整定法中，由福克斯波罗公司推出的基于模式识别的参数整定方法（基于规则）和基于继电反馈的参数整定方法（基于模型）在实际工业过程中应用较多[3]。在《数字PID控制算法的研究》中，厉风满教授提出数字PID调节是连续系统控制中广泛应用的一种控制方法，且控制技术在工业过程控制中应用的非常广泛[4]。禹柳飞的《比例微分增益模糊调整的PID控制器》也提到了在过程参数固定，非线性不很严重的工业控制过程中，由于常规的PID控制器结构简单、性能稳定而广泛地运用到各种不同的生产领域中[5]。
1.4 本文的研究内容和方法
1.4.1 研究内容
PID是一种非常简单的算法，然而在理想PID中，理想微分环节在物理上难以实现，因为它的系统要求过程的推动力无限小，导致过程需要的时间无限大。因此我们一般都采用实际微分。近年来，基于继电反馈的PID控制得到越来越广泛地运用，本文也会对PID继电反馈的整定方法做出讲解。
1.4.2 研究方法
本文是基于visual studio的PID算法研究，使用C#语言实现可视化编程，可以简明易了的显示阶跃响应曲线。在窗口界面中设置K、T、T等参数，通过理想微分和实际微分选择对话框显示对应的阶跃响应曲线。设计中还加入了继电反馈环节，所以还可以显示加入继电反馈后的阶跃响应曲线。在下面章节中会具体讲解。
第二章 PID控制简介
2.1 PID控制器的原理
目录
第1章 绪论 1
1.1课题研究背景 1
1.2课题研究目的及意义 1
1.3研究现状 1
1.4 本文的研究内容和方法 2
1.4.1 研究内容 2
1.4.2 研究方法 2
第二章 PID控制简介 3
2.1 PID控制器的原理 3
2.1.1系统的动态性能 4
2.1.2PID各个环节的作用 5
2.2理想微分 6
2.2.1位置式PID控制算法 6
2.2.2增量型PID控制算法 7
2.3 实际微分 9
第三章 Visual Studio软件 11
3.1 Visual Studio 11
3.1.1Visual Studio的介绍 11
3.2.2 项目和解决方案 11
3.2.3断点调试 11
3.2 Visual C# 12
3.2.1 Visual C#的介绍 12
3.2.2 C#的Windows Forms 12
3.2.3 C#语句控制 13
第四章PID控制的运用 14
4.1理想微
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
分PID控制 14
4.2实际微分PID控制 16
第五章 基于继电反馈PID参数整定 18
5.1继电反馈算法 18
5.1.1 继电控制理论 18
5.1.2继电特性 19
5.1.3继电反馈的优缺点 19
5.2整定的基本方法 20
5.3 继电反馈的实现 20
5.5热水锅炉温度控制 23
第六章 总结与展望 27
6.1总结 27
6.2展望 27
参考文献 29
致谢 30
第1章 绪论
1.1课题研究背景
PID控制器在上世纪产生后，经过70年的不断发展，在工业控制中起了相当重要的角色。据统计，简单的PID控制器在控制回路领域中占了84%，而加上改进后的PID控制器则占到了90%。它以结构简单、控制方便和成本较低的优点得到了许多控制工程师的青睐。
随着社会的进步，如今工业上都依靠自动化控制来代替人力劳动，在带来了方便的同时也提高了工作效率。工业自动化在不断的发展，已经成为了衡量现代化水平的标志。自动控系统是工业自动化的核心，由开环和闭环控制系统两大类组成。
1.2课题研究目的及意义
PID控制器能够广泛地应用到工业控制中，且在市场中占据主导地位，足以证明PID控制器的品质优良。PID控制器对于各种不同的对象都能适用，它有较强的鲁棒性[1]。所谓鲁棒性就是大多数PID 控制器具有较好的稳固性和抗攻击性。
虽然PID运用广泛，但结构简单PID控制在某些方面仍然存在控制品质上的局限性：大多只适用于单输入输出系统，对于受控对象存在开环不稳定过程等情况时，为了能得到好的控制效果，需要使用多个PID控制器或者和其他的控制器一起使用；只有少数几个主要的零极点能确定闭环系统，从根本上来说闭环特性只是基于动态特性的低阶近似假定的,并不能满足对伺服跟踪控制和假定设定值的不同性能要求。对于PID控制器存在的问题，通过将PID控制器和其他算法结合，对其进行改进，得到改进型PID控制器。
1.3研究现状
如今社会竞争越来越激烈，许多企业通过使用先进的控制器来获得更多的经济效益，从而提高企业的竞争。采用先进的控制技术虽然在投资成本上增加了，但相对的获得的经济效益也成倍的增长。正是因为如此，PID控制器的研究才在不断地发展。通过多年研究努力，PID控制在参数调整上取得了较大的成果，如自适应PID控制、模糊PID控制、遗传算法PID控制、智能PID控制等。这些控制与传统PID控制相结合，除了能控制一些简单的系统，还能控制一些复杂的非线性系统，且每种控制都有各自的优点。随着PID控制技术的不断发展，它将拥有更好的前途和应用。
为了能够更加地了解PID控制技术，需要阅读许多关于PID的文献资料。通过阅读陶永华的《新型 PID控制及其应用》,可以知道在复杂控制系统和高精度伺服系统中，采用Fuzzy PID控制器等复合型控制器，可以达到理想的控制效果，它对各种被控对象，不同的控制指标均能实现PID最佳的调整[2]。对于智能PID参数的整定方法，《PID参数先进整定方法综述》中提到目前众多整定法中，由福克斯波罗公司推出的基于模式识别的参数整定方法（基于规则）和基于继电反馈的参数整定方法（基于模型）在实际工业过程中应用较多[3]。在《数字PID控制算法的研究》中，厉风满教授提出数字PID调节是连续系统控制中广泛应用的一种控制方法，且控制技术在工业过程控制中应用的非常广泛[4]。禹柳飞的《比例微分增益模糊调整的PID控制器》也提到了在过程参数固定，非线性不很严重的工业控制过程中，由于常规的PID控制器结构简单、性能稳定而广泛地运用到各种不同的生产领域中[5]。
1.4 本文的研究内容和方法
1.4.1 研究内容
PID是一种非常简单的算法，然而在理想PID中，理想微分环节在物理上难以实现，因为它的系统要求过程的推动力无限小，导致过程需要的时间无限大。因此我们一般都采用实际微分。近年来，基于继电反馈的PID控制得到越来越广泛地运用，本文也会对PID继电反馈的整定方法做出讲解。
1.4.2 研究方法
本文是基于visual studio的PID算法研究，使用C#语言实现可视化编程，可以简明易了的显示阶跃响应曲线。在窗口界面中设置K、T、T等参数，通过理想微分和实际微分选择对话框显示对应的阶跃响应曲线。设计中还加入了继电反馈环节，所以还可以显示加入继电反馈后的阶跃响应曲线。在下面章节中会具体讲解。
第二章 PID控制简介
2.1 PID控制器的原理
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