基于改進型PID算法的設計與分析

【摘要】常規PID控制在非線性、時變、耦合及參數和結構不確定的復雜過程中不能實現理想的控制效果，因此需要借助一種更為高級的控制方案，即改進型PID控制：不完全微分PID控制。它是通過在常規PID的基礎上加入低通濾波器、并以此解決誤差擾動突變以及系統高頻干擾的缺陷實現的，本文將并基于MATLAB軟件對其進行仿真，并討論仿真結果。

【關鍵詞】不完全微分PID控制；低通濾波器；誤差擾動；高頻干擾

一、引言

PID（比例-積分-微分）控制是迄今為止在工業控制領域中最通用的控制方法。它在多方面都表現出無可比擬的優點，諸如：結構簡單、穩定性能好、可靠性高，使用中不需精確的系統模型等先決條件等等[1] 。微分信號的引入可以改善系統的動態特性，但也易引進高頻干擾，在誤差擾動突變時尤其顯出微分項的不足[2]。若在控制算法中加入低通濾波器，則可使系統性能得到改善[3-6]。本文提出一種改進型PID控制算法，由于其良好的控制特性，緩解了誤差擾動突變以及系統高頻干擾的問題，提高了系統穩定性。

二、改進型PID的設計前提

由圖中上部分可知，普通PID控制中沒有對高頻噪聲采取任何抑制措施，因此結果中出現很多高頻成分，而在改進型PID控制中加入了低通濾波器后，高頻振蕩明顯減弱，低通濾波器起了抑制高頻信號的作用。由上圖可知普通PID控制的誤差值在高頻信號的影響下，出現較大波動，而加入低通濾波器后誤差值趨于較為穩定的值。

六、結論

由仿真結果可以看出，引入一階慣性環節后，能有效地克服普通PID控制算法的不足。盡管改進型PID控制算法比普通PID控制算法要復雜些，但由于其良好的控制特性，緩解了誤差擾動突變以及系統高頻干擾的問題，因此將會得到越來越多的關注。

參考文獻

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