基于改进型PID算法的设计与分析

【摘要】常规PID控制在非线性、时变、耦合及参数和结构不确定的复杂过程中不能实现理想的控制效果，因此需要借助一种更为高级的控制方案，即改进型PID控制：不完全微分PID控制。它是通过在常规PID的基础上加入低通滤波器、并以此解决误差扰动突变以及系统高频干扰的缺陷实现的，本文将并基于MATLAB软件对其进行仿真，并讨论仿真结果。

【关键词】不完全微分PID控制；低通滤波器；误差扰动；高频干扰

一、引言

PID（比例-积分-微分）控制是迄今为止在工业控制领域中最通用的控制方法。它在多方面都表现出无可比拟的优点，诸如：结构简单、稳定性能好、可靠性高，使用中不需精确的系统模型等先决条件等等[1] 。微分信号的引入可以改善系统的动态特性，但也易引进高频干扰，在误差扰动突变时尤其显出微分项的不足[2]。若在控制算法中加入低通滤波器，则可使系统性能得到改善[3-6]。本文提出一种改进型PID控制算法，由于其良好的控制特性，缓解了误差扰动突变以及系统高频干扰的问题，提高了系统稳定性。

二、改进型PID的设计前提

由图中上部分可知，普通PID控制中没有对高频噪声采取任何抑制措施，因此结果中出现很多高频成分，而在改进型PID控制中加入了低通滤波器后，高频振荡明显减弱，低通滤波器起了抑制高频信号的作用。由上图可知普通PID控制的误差值在高频信号的影响下，出现较大波动，而加入低通滤波器后误差值趋于较为稳定的值。

六、结论

由仿真结果可以看出，引入一阶惯性环节后，能有效地克服普通PID控制算法的不足。尽管改进型PID控制算法比普通PID控制算法要复杂些，但由于其良好的控制特性，缓解了误差扰动突变以及系统高频干扰的问题，因此将会得到越来越多的关注。

参考文献

[1]何克忠，郝忠恕.计算机控制系统分析与设计[M].北京：清华大学出版社，1988.

[2]王树青.先进控制技术及应用[M].北京：化学工业出版社，2001.

[3]赵建华，沈永良.一种自适应PID控制算法[J].自动化学报，2001，27（2）：417-420.

[4]陶永华，尹怡欣.新型PID控制及应用[M].北京：机械工业出版社，1998.

[5][美]Katsuhiko Ogata.陆伯英，于海勋，等（译）.现代控制工程（第三版）[M].北京：电子工业出版社，2000，3.

[6]Ibrahim Kaya Nusret Tan Derek P.Atherton.A refinement procedure for PID controllers[J].Electrical Engineering（2006）（88）：215-221.