2。2。2 几种常见的抗饱和 PID 控制算法 7

2。3 PID 参数整定方法 9

2。4  本章小结 11

第三章 抗饱和 PID 控制算法在伺服系统中的应用 12

3。1  伺服系统建模 12

3。1。1  伺服系统的基本结构和技术要求 12

3。1。2  伺服系统数学模型的建立 14

3。2 抗饱和 PID 控制算法在伺服系统中的应用 19

3。2。1 抗饱和 PID 控制算法的实现 19

3。2。2  仿真结果及分析 21

结论 24

致谢 25

参考文献 26

附录 28

第一章 绪论

1。1  引言

随着现代控制理论的发展，越来越多的控制方法被应用到工程实践中。PID 控制 技术发展于上个世纪，但仍然是目前工业中最常采用的控制方法之一，由此可见其雄 厚的生命力，在现代控制工业中仍然是一种非常重要的控制方法。PID 控制即比例- 积分-微分控制，具有结构简单、控制精度高、抗干扰能力强等优点[1]。在普通的 PID 控制中，引入积分的目的是消除稳态误差，提高控制精度。但是过程的启动、结束或 者外部扰动会在短时间内使系统的输出响应值与设定值产生较大的误差，这时积分器 仍然在发挥积累误差的作用，过大的误差积累会导致控制输入值超过执行机构允许的 最大运作范围对应的极限控制输入值，于是造成积分饱和现象。积分饱和会使系统的 控制性能恶化。由于控制输入长时间停留在饱和区，积分饱和会引起系统的大超调， 甚至引起系统的震荡，造成控制系统处于失控状态，这在生产过程中是不允许的[2]。 对于高品质的伺服系统而言，必须保证控制的精度和强韧的抗干扰能力，由于常规 PID 控制存在积分饱和问题，显然无法满足高品质的伺服系统的要求。解决 PID 控制 的积分饱和现象就是本次课题的主要研究内容。 

被用来精确跟随或者复现一个过程的控制系统被称为随动系统，又被称为伺服系 统[3]。由伺服电机、反馈装置和控制系统组成的伺服系统是工业生产中常用到的结构， 其控制器常采用 PID 控制器进行控制。近年来，由于我国制造产业的不断推进，伺服 系统也越来越多的应用到了工业生产中。伺服系统对控制性能的品质有着较大要求， 完全没有改进的常规 PID 控制器已无法满足伺服系统的控制性能要求。特别是常规 PID 控制器的积分饱和问题更加是一个致命的缺陷，本论文研究的内容即是针对伺服 系统的控制设计改进后的能够抗积分饱和的 PID 控制算法。 

抗饱和 PID 控制算法可以减少 PID 控制器的饱和现象，并且对减少系统超调、 提高控制精度也有一定的作用。对于伺服系统的控制非常合适，能够满足伺服系统的 性能要求。对抗饱和 PID 控制算法的研究不仅能够应用于伺服系统中，还能推广到工 业机器人，机床控制，炉温控制等相关领域中。 

1。2 课题的研究背景及意义 

自上世纪三十年代，工业自动化技术获得了飞速的发展，而过程控制就是其中的 一个最重要的方向。过程控制的要求是通过理论分析对被控对象进行深入研究和综合， 按照恰当的方法步骤来实现被控对象的各项技术指标。在很多情况下，一般采用 PID 控制来完成工业控制，目前 PID 控制器也是应用中最广泛和最成熟的控制器。相比于 其它控制方法，PID 控制器存在着很多优势，如系统结构简单、控制精度高、较好的 鲁棒性等。然而，常规的 PID 控制也存在着许多的缺陷。目前，积分饱和现象是 PID 控制最明显的一个缺陷，为了解决 PID 控制器的积分饱和问题，许多前人也提出了很 多的抗饱和 PID 控制算法。目前提出的抗饱和 PID 控制算法主要可以分为三类：条 件积分法、反馈抑制抗饱和法和变结构 PID 控制算法，这三种方法都可以在一定的程 度上抑制积分饱和，减少饱和现象对系统的影响[4]。