摘 要:经典的PID控制器因其构造简单、调整方便至今仍在工业控制中处于主导地位，是工业生产正常运行的基本保障．本次设计主要研究的是PID控制器参数整定技术，选取直流电机为被控对象，并在MATLAB环境下进行了仿真．

本文首先对PID控制器及其参数整定做了介绍，建立了直流电机的数学模型和传递函数.然后重点讨论了PID控制器参数整定的常规方法和智能方法，先着重介绍了工业生产中常用的三种工程方法：响应曲线法、临界比例度法和衰减振荡法，随后介绍了基于继电反馈的PID整定法，且对上述几种方法做出了比较；最后本文采用了智能算法中的遗传算法进行PID参数整定，深入介绍了遗传算法的基本理论，给出了利用遗传算法进行PID参数整定的设计流程，并通过简单的计算得到了最优化的PID控制器．比较三种工程整定方法发现，针对直流调速系统，临界比例度法整定效果比较理想，相对常规整定方法，基于继电反馈和基于遗传算法的PID整定法整定效果更好，尤其是后者，主要是由于智能算法能够在一定范围内寻找最优解，所以其整定效果比较最好．

关键词：直流电机；PID控制器；参数整定；遗传算法

目录

摘要

abstract

第1章 绪论-1

1.1 研究背景-1

1.2 研究目的-1

1.3 现有PID参数整定技术简介-1

1.3.1 PID参数整定简介-1

1.3.2 PID参数整定方法-2

1.3.3 本文研究方向-2

第2章 系统模型的选取和建立-3

2.1 系统总体设计概述-3

2.1.1 控制模型的建立-3

2.1.2 控制系统的性能指标-6

2.2 控制器的选取-6

2.2.1 PID控制器简介-7

2.2.2 控制规律简介-8

第3章 PID控制器参数整定-11

3.1 PID控制器常规整定方法-11

3.1.1 响应曲线法-11

3.1.2 Z-N扩充临界比例度法-14

3.1.3 衰减振荡法-16

3.2 基于继电反馈的PID自整定-18

3.2.1 继电特性简介-18

3.2.2 基于继电反馈的整定方法-19

3.2.3 MATLAB仿真-20

3.2 基于遗传算法的PID控制器参数整定-22

3.4.1 整定原理-22

3.4.2 遗传算法整定的优点-22

3.4.3 整定步骤-22

3.4.4 参数的选取-24

3.4.5 MATLAB仿真-25

第4章 PID控制器参数整定方法分析-27

4.1 PID参数整定方法的比较-27

4.1.1常规方法的比较-27

4.1.2 基于继电反馈整定方法分析-27

4.1.3 基于遗传算法参数整定分析-28

4.2 PID控制器参数计算及实现-28

4.3 参数整定方法的总结-29

第5章 结论与展望-31

6.1 结论-31

6.2 未来展望-31

参考文献-33

致  谢-34

附录：遗传算法程序清单-35