pos算法对pid控制器参数优化的思路

POS算法是一种用于优化PID控制器参数的算法。在PID控制器中，计算误差和偏差信号通常需要消耗大量的时间和资源。为了提高系统的性能和响应速度，我们可以使用POS算法来优化PID控制器的参数。下面是对如何使用POS算法来优化PID控制器参数的思路的一些建议：

确定目标函数：根据系统的特性和要求，确定所需的目标函数。例如，在控制某个物理过程时，需要优化温度、压力或流量等参数。

计算输入和输出信号：将PID控制器的输入和输出信号分别存储在MATLAB变量中，并确定它们之间的关系。

计算状态空间和动作空间：根据系统的状态空间和动作空间，计算当前状态和下一步状态的表达式。

计算初始值和学习因子：将测量值和权重作为初始值，然后计算学习因子。学习因子可以用来计算预测误差和控制误差的平方和，从而优化PID控制器的参数。

使用梯度下降算法更新模型参数：使用适当的学习因子和迭代次数，使用梯度下降算法计算模型参数的更新值。

应用优化算法：将得到的最优模型参数应用于训练数据，以优化整个系统的性能和响应速度。

调整超参数：根据实际应用和系统的特性，调整PID控制器的超参数，包括比例增益、积分增益和微分增益等。

进行反向传播：在每个阶段结束后，使用反向传播算法来计算梯度并更新模型参数。

调整学习因子：根据系统的实际需求和特性，调整学习因子，以获得更好的性能和响应速度。

进行性能测试：在完成优化后，进行性能测试以评估优化的效果。如果发现问题，则需要进行调整和修改。

PID控制器参数选择的方法很多。

但是，对于PID控制而言，参数的选择始终是一件非常烦杂的工作，需要经过不断的调整才能得到较为满意的控制效果。依据经验，一般PID参数确定的步骤如下：

1、确定比例系数Kp确定比例系数Kp时，首先去掉PID的积分项和微分项，可以令Ti=0、Td=0，使之成为纯比例调节。输入设定为系统允许输出最大值的60％～70％，比例系数Kp由0开始逐渐增大，直至系统出现振荡；再反过来，从此时的比例系数Kp逐渐减小，直至系统振荡消失。记录此时的比例系数Kp，设定PID的比例系数Kp为当前值的60％～70％。

2、确定积分时间常数Ti比例系数Kp确定之后，设定一个较大的积分时间常数Ti，然后逐渐减小Ti，直至系统出现振荡，然后再反过来，逐渐增大Ti，直至系统振荡消失。记录此时的Ti，设定PID的积分时间常数Ti为当前值的150％～180％。

3、确定微分时间常数Td微分时间常数Td一般不用设定，为0即可，此时PID调节转换为PI调节。如果需要设定，则与确定Kp的方法相同，取不振荡时其值的30％。

4、经验法又叫现场凑试法，即先确定一个调节器的参数值PB和Ti，通过改变给定值对控制系统施加一个扰动，现场观察判断控制曲线形状。若曲线不够理想，可改变PB或Ti，再画控制过程曲线，经反复凑试直到控制系统符合动态过程品质要求为止，这时的PB和Ti就是最佳值。如果调节器是PID三作用式，那么要在整定好的PB和Ti的基础上加进微分作用。

5、由于微分作用有抵制偏差变化的能力，所以确定一个Td值后，可把整定好的PB和Ti值减小一点再进行现场凑试，直到PB、Ti和Td取得最佳值为止。显然用经验法整定的参数是准确的。但花时间较多。为缩短整定时间，应注意以下几点：①根据控制对象特性确定好初始的参数值PB、Ti和Td。

6、可参照在实际运行中的同类控制系统的参数值，或参照表3-4-1所给的参数值，使确定的初始参数尽量接近整定的理想值。这样可大大减少现场凑试的次数。②在凑试过程中，若发现被控量变化缓慢，不能尽快达到稳定值，这是由于PB过大或Ti过长引起的，但两者是有区别的：PB过大，曲线漂浮较大，变化不规则，Ti过长，曲线带有振荡分量，接近给定值很缓慢。

7、这样可根据曲线形状来改变PB或Ti。③PB过小，Ti过短，Td太长都会导致振荡衰减得慢，甚至不衰减，其区别是PB过小，振荡周期较短；Ti过短，振荡周期较长；Td太长，振荡周期最短。④如果在整定过程中出现等幅振荡，并且通过改变调节器参数而不能消除这一现象时。

8、可能是阀门定位器调校不准，调节阀传动部分有间隙（或调节阀尺寸过大）或控制对象受到等幅波动的干扰等，都会使被控量出现等幅振荡。这时就不能只注意调节器参数的整定，而是要检查与调校其它仪表和环节。

当今的闭环自动控制技术都是基于反馈的概念以减少不确定性。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关键的是被控变量的实际值，与期望值相比较，用这个偏差来纠正系统的响应，执行调节控制。在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。

PID控制器（比例-积分-微分控制器）是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。PID控制的基础是比例控制；积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调；微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。

PID参数的设定调节如下：

1、PID就是通过系统误差利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。不同厂家的公式稍有不同，但是基本上都离不开三个参数：比例、积分时间、微分时间。

2、采样周期。在进行PID调节之前要先设定好PID的采样周期，采样周期设定主要根据被控对象的特性决定。

被控对象变化快的（如：流量），可将采样周期设定在100ms左右，采样周期变化慢的（如：液位）可将采样周期设定在1000ms，对于特别缓慢的（如：温度）可设置成5-10S。简单的理解是多长时间比较一次采样值与设定值。

当然需要注意的是，采样周期必须大于程序的执行周期（PLC的运行周期）。

3、比例。比例作用是依据偏差的大小来动作.比例有时又被称为增益用Gain表示，当控制量与被控量成正比例关系时（例如：阀位与流量）增益为正数；

当控制量与被控量成反比例关系时（例如：液位与频率）增益为负数。比较简单的理解是如果设定值与反馈值有偏差时一次调整多少。

当然比例参数设定是还要考虑被控值的性质，对于变频器来说，单次变化可以为0.01但是对于阀门来说最小变化为0.2比较好。因为阀门的精度较低。

4、积分。积分作用是依据偏差是否存在来动作的，在系统中起着消除余差的作用。

在调节时可以先设定一个较大的积分时间常数Ti的初值，然后逐渐减小Ti，直至系统出现振荡之后在反过来，逐渐加大Ti，直至系统振荡消失。

记录此时的Ti，设定PID的积分时间常数Ti为当前值的150%~180%。积分时间可以简单的理解成调整的频率（只是为了方便理解）。

5、微分。微分的作用是依据偏差变化速度来动作的，在系统中起着超前调节的作用。很多情况下微分是不需要调节的。若要设定，与确定P和Ti的方法相同，取不振荡时的30%。微分可以简单理解为超前控制。

6、死区。死区在PID调节是一个非常重要的量，可以人为地增加控制回路的稳定性，设置好死区甚至可以减少大量的调整过程。

通俗的理解死区就是你所能接受的最大偏差。死区的大小一般要大于反馈值的波动范围。死区的设置应该在其它参数的设置基础上进行，否则会导致系统失去控制。 PID参数的设定调节技巧基本上就是这样了。

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