在目前的工业控制中,应用最为广泛的调节器的控制规律为比例、积分、微分控制,即PID控制[2]。PID控制技术问世迄今已有近70多年历史,大致经历了三个发展时期[3,4]。第一个时期为萌芽时期(1900年-1940年),随着气动反馈放大器的出现,PID控制理论和思想在逐步发展,使PID控制器结构的研究与设计成为仪表工业发展的核心。20世纪30年代晚期是PID控制发展的过渡时期,即两个发展阶段的分界线,微分型PID控制的广泛应用标志着PID控制已成为一种标准的控制形式[5]。第二个时期是革新时期(1940年以后),此时的PID已然发展成为一种具有可靠性、鲁棒性和便于应用的控制器。第三个时期是智能控制时期(1971年以后),人工智能和计算机技术的结合,促使PID控制向智能控制方向发展。为使PID控制技术与工业技术的最新发展同步,工业重心不断发生变化,从气动控制到电气控制再到电子控制和数字控制,以及现在的智能控制,每一次技术的革新都给社会进步和科技发展带来深远的影响。PID控制器逐渐向体积小、性能高、适应性强、智能化的方向发展,可以说PID控制器是现代工业自动化水平的标志,是衡量国家现代化水平高低的标准,在实际工业控制应用中占有重要地位[6]。84576

随着科技的飞速发展和新控制技术的不断更新、涌现,PID控制不但没有退出工控的舞台,相反，新的科技和控制技术进一步促进了PID控制技术的发展。一方面,各种新的控制方法不断应用到PID控制器的设计中，或者是利用新的器件或电路，来实现全新的PID控制器的设计和构造,从而在不同情况下的使控制需求不断得到满足。另一方面,由于环境的不同、被控对象复杂程度的增加及控制精度的提高,在工业控制过程中对控制性能的要求也在不断变化,从而刺激着PID控制器设计和参数整定技术亟需与其它技术相结合[7]。众多学者为了获得优势互补、性能更强的现代智能控制体系,将日益完善的智能控制与PID控制器相融合。目前,主要的研究成果包括单神经元自适应PED控制器[8,9,10]、基于神经网络的自适应PID控制器[11,12]、模糊自适应PID控制器等[13,16]。以上现代智能PID控制器都可以适应环境的变化,实现在线实时参数整定,使非线性时滞系统具有良好的控制能力和控制效果。然而,在实际工业控制中其控制效果还存在着一些不足之处。基于单神经元的自适应PID控制器虽然具有算法和结构简单、操作方便等特点,但对非线性、时变时滞、复杂系统的控制能力有限[8,13]。基于神经网络的自适应PID控制器由于存在网络训练时间较长,训练不完全,容易陷入局部极小值[8,13],整个系统的结构复杂,难以实现大规模集成电路;模糊自适应PID控制器采用滑动变阻器来实现参数整定,而滑动变阻器本身体积大、参数调整难度大、不够精确。