简要介绍了基于PID控制器锁相环的Z-N方法，继电器返回方法和参数化方法及其参数化方法。Mablab计算机控制设计软件用于模拟典型的受控对象。PID控制方法Z-N;继电器返回;锁相环; Mablab PID控制的介绍是最古老的控制策略之一[1]。于其结构简单，恒温阀芯坚固耐用，可靠性高，是迄今为止最常用的控制方法。际应用PID控制时，必须调整参数，这决定了系统的控制效果。PID控制系统发展以来，已经提出了许多设定参数的方法。
第一个也是最具影响力的Ziegler-Nichols PID控制器技术调整方法[2]，到基于神经网络参数调整的当前搜索方向[3]，通过推理进行参数调整模糊[4]，基于遗传算法设置参数[5]等。文介绍了Z-N方法及其在工程实践中广泛使用的改进方法。在Matlab计算机辅助设计软件的Simulink仿真环境中对典型的受控过程进行了仿真。
PID控制系统的比例，积分和微分（PID）控制称为PID控制。输入PID控制系统（SISO）的框图如图1所示。1 PID控制系统控制方案由PID控制器和受控过程组成其中，对于系统参考输入信号，系统的输出信号。
PID控制器的传递函数的形式为：比例增益，积分时间常数和微分时间常数。过程控制中，PID控制器只有在其参数和良好调整的前提下才能达到令人满意的控制效果。Ziegler-Nichols PID控制器参数技术调整方法Z-N方法基于经验公式调整方法，使用简单方便。
ZN方法使用受控过程响应的特征参数根据调整公式计算PID控制器的三个参数，根据开环系统的响应和对其的响应将其分为两种类型。环频率。于最受控制的过程模型的响应曲线类似于一阶系统的响应曲线，因此其阶跃响应曲线可以通过一阶和纯模型阶跃响应曲线（FOPDT）来近似。于阶跃响应的ZN方法包括在FOPDT模型步骤的响应曲线上手动测量K，L和T的三个特征参数，并使用计算PID控制器的参数用于调整表1-1中所示的ZN方法的公式。了提取参数K，L和T，Astrom和Hagglund [6]提出了一种识别模式的方法：通过输入和输出的稳态值获得过程的静态增益K.该过程，以及在响应曲线的最大斜率处的切线和时间轴的交点。后参数L，即阶跃响应达到0.63 K的时间与L之间的差值，给出时间常数T.基于频率响应的ZN方法包括增加比例项的权重。制器使系统成为临界稳定状态，即连续振荡，以获得奈奎斯特图中Ku过程和Tu振荡周期的临界增益，然后使用表1-1 。整公式计算PID控制器参数。
程的临界频率值和bode（）函数用于使用Matlab中的margin（）频率分析功能获得临界过程幅度。如，对于一阶模型加上纯偏移，使用margin（）函数计算相位交叉点的频率2.0287（rad / s），然后使用该频率计算幅度0.4421使用bode（）函数。2 FOPDT模型近似表1-1 PID控制器参数设置公式控制器类型基于阶跃响应基于频率响应Kp TI TD Kp TI TDP 1 /α0，5KuPI0，9 /α 3L 0.4Ku 0.8TuPID 1.2 /α2LL / 2 0.6Ku 0.5 Tu 0.12 Tu其中，每步的响应近似曲线的最大上升斜率。量实验表明，对于大多数闭环系统，Z-N方法可以实现可接受的闭环响应特性。而，由于工业过程中的许多不确定因素，很难获得相等且实际的振幅振荡并且保持一段时间。果是无意的，则会引起振幅振荡，因此Z-N方法难以在实际应用中使用。为一种在没有ZN方法的情况下自动调节继电器反馈PID参数的方法，Astrom提出了一种自整定继电器返回PID参数的方法[7]，其中包括更换比例控制器。过具有继电器特性的非线性链路的ZN方法闭环系统自动稳定在相等振幅的振荡状态，这使得可以获得所需的临界特征值Ku和Tu，然后计算根据表1-1中的设置公式设置控制器参数。以通过改变继电器特性的幅度来控制振荡的幅度，避免振幅振荡的危险。于继电器返回的自整定方法简单可靠，所以要设定的参数只是继电器特性的幅度，因此具有极高的实用价值。种方法已成为最常用的PID自动调整方法。3继电器返回PID控制系统.4继电器返回过程的输出曲线如果继电器幅度为h，关键过程增益：可以通过测量过程的振荡输出曲线振荡（参见图3）计算峰 – 峰值，即a =（ymax – ymin）/ 2，振荡周期可以计算为两个相邻峰值之间的时间函数。线。Matlab仿真环境中，通过将Bang-Bang控制信号应用于受控过程[8]，可以获得继电器返回PID参数自动调整的过程参数特性。句话说，当输入误差信号e（t）> 0时，取控制变量的最大范围，当e（t） 0时，控制量等于1.如果e（t） <0，控制量等于0.，继电器特性的幅度为d = 0.5，等幅振荡a = 0.231，周期Tu = 3.184的幅度为从过程输出的振荡曲线读取，然后可以计算Ku == 0.4621过程的频率响应的临界频率和临界频率。= 1.973。管自适应继电器返回PID的方法被广泛用于过程控制，但由于描述函数的分析通过继电器输出的基波来描述非线性特性。电器，三次和五次谐波的幅度近似为基本谐波。度的30％和20％，忽略了最高次谐波，使得描述函数的描述不精确，使得某些过程无法获得准确的临界增益值，通常误差为5％。％到20％[8]。PID调节的锁相环参数特征参数Crowe，J。
Johnson，MA提出了一种确定锁相环识别过程特征参数的方法[9]，用于替代继电器在继电器返回PID参数自动设定过程中。5锁相环过程识别仿真模型压控振荡器（VCO）提供正弦激励信号，其频率为识别频率;正弦信号激励受控过程以获得过程的频率响应; SF滤波器衰减频率为2的信号;在防灾模块INV之后，可以获得与频率对应的相位，积分器确保相位的获取并将输出相位收敛到参考相位。
旦整个环路稳定，输出相位就可以跟随参考相位，并且压控振荡器的振荡频率等于输入信号的频率。果参考相位的值等于-3.14（rad），也就是说，如果过程的频率响应的Nyqusit曲线穿过负实轴的相位，则信号受控过程的临界振荡的正弦波激励可以由压控振荡器发出，以获得过程的临界振荡和振荡曲线。述峰峰值得到临界频率和临界增益。Matlab / Simulink仿真环境中，更纯的一阶延迟模型用于使用锁相环识别特征参数，获得= 2.028，Ku = 0.4422 ，这对于中继反应方法的准确性有所改进。6锁相环识别过程模型的仿真表明PID控制器是否能够达到良好的控制效果，这与其参数的设置非常相关。于经验技术调整方法，Z-N方法在很大程度上取决于受控过程的特征参数的识别。电器返回方法的实际应用在识别被监控过程的特征参数方面存在一些误差，基于锁相环的设置方法可以提高在线识别的准确性，这样PID控制器就能达到很好的调谐效果。
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