智能PID设计论文

摘要：智能车PID算法的设计实验综合运用了C语言程序设计、单片机原理及现代控制理论等课程知识。学生通过实验，掌握智能车PID算法的基本原理，提高学生综合运用知识和创新能力。今天小编为大家精心挑选了关于《智能PID设计论文(精选3篇)》的文章，希望能够很好的帮助到大家，谢谢大家对小编的支持和鼓励。

智能PID设计论文 篇1：

智能PID调节器的设计及其应用

摘要：本文从经济发展质量不断提升的时代背景入手，对于我国智能PID调节器设计应用中的功能分析与系统运行进行分析与研究。为了在工业生产中中不断满足更高的标准和要求，必须更加重视智能PID调节器设计应用的过程，本文首先简述了提升智能PID调节器设计应用效果的重要性，同时分析了现阶段我国工业生产智能化控制中需要关注点重点，存在的问题，且探究了进一步发挥我国智能PID调节器功能和系统运行效率的策略。

关键词：工业生产;控制系统;智能PID调节器设计应用;技术提升

智能PID调节器功能对于现阶段社会发展而言非常重要，智能PID调节器功能体现在多个方面，能够设定控制量上限、下限、输出控制范围。在系统的实际运行过程中，智能化控制体现在分程PID控制，保持第一控制量，同时产生两个分程控制量，现阶段必须在保障控制系统整体稳定的基础上，发挥控制量跟踪反馈量功能，进一步完善关于工业生产中智能化控制系统的运行效果。

一、工业生产中智能PID调节器设计应用的重要性

随着自动化控制理论逐渐成熟，智能PID控制在现代化工业过程控制中应用非常广泛，作为一种技术效果非常明显的控制器，智能PID调节器功能实现的过程中，不必耗费过多的人力物力，智能PID调节器的结构简单，因此调节的过程也比较方便，PID的P代表比例，I代表积分，D代表微分，为了实现智能化控制要求，控制器能够组合三种不同形式控制作用，达到控制要求。现阶段智能PID调节器设计应用中能实现P、I、D参数存储和调用，具备更加明显的高效性，有效消除系统偏差，满足运行信息集成的标准和要求，现阶段必须更加重视阶跃响应信息，在我国推进城市化的进程中，现代化工业智能化控制的自动性、高效性是非常重要的，系统智能化控制是持续提高工业发展水平和运行能力的重要部分。

智能PID调节器能够实现模拟输入、外给定值输入的功能，为了保障现代化工业的安全发展，必须加强控制系统信息集成与参数调整环节的功能分析，重视数学模型的构建、运行系统优化的技术要求，把控阶跃响应信息，不断推进智能PID调节器设计应用的功能发挥，实现更加良好的运行效果。我国智能PID调节器设计应用领域逐步加大，智能PID调节器设计应用工作是一个复杂的过程，受到许多主客观因素影响，技术人员必须确保智能PID调节器设计应用的质量与性能，实现更加优良的运行效果。

二、优化自整定模糊PID控制效果的分析

（一）根据实际情况自动调整PID参数

自整定模糊PID控制作为一种复合控制器，作用类似常规PID控制器，采用模糊控制方法储存设计人员的调整经验，做到控制规则模型化，运用计算机系统、数字模型等进行科学合理的推理，有效调整PID参数。由于现阶段控制系统运行中对于智能PID调节器设计和应用水平还很不足，控制系统不具备应有的运行效果，运行稳定和安全未能得到完善的保障，需要在智能PID调节器设计应用之中减少不必要的能源消耗，充分储存常规PID控制、设计人员的经验知识，参数调整必须得到技术人员的重点关注。

（二）应用智能分区PID控制算法

自整定模糊PID控制能够实现良好的控制效果，为了减少大量计算量造成的运行难度，避免出现过于复杂的计算过程复杂，可以立足于自整定模糊PID控制理念，结合常规PID控制应用智能分区PID控制算法。智能PID调节器设计应用过程中必须综合考虑多方面因素和影响，设计出科學、合理的参数调整措施和方案。智能PID调节器设计应用的问题必须在我国控制系统实践中得到及时解决，自整定模糊PID控制算法不利于弹上计算机完成，如果技术人员在实践之中未能采取更加优化的智能PID调节器设计应用措施，将导致智能化控制未能发挥出应有的效果，不符合有关的要求和标准。

三、提高智能PID调节器设计应用效果的策略

（一）关注分段PID控制的优越性

经典PID控制在抑制非线性方面存在不足，分段PID控制存在明显的优势，响应速度快、超调量小，能够有效抑制非线性因素，有较好的抑制效果。比经典PID控制相比具备更强的可行性，在型号研制工作中能够提供技术支持。技术人员应当加强智能化控制的系统运行，智能化控制内容具备复杂性，分段PID控制的优越性也体现在理论研究之中，只有不断优化系统运行手段，优化提升响应速度，在控制系统项目的运行过程中，重点监控智能PID调节器设计应用的自动性、高效性，实现自动向无扰动切除，才能全面提升智能PID调节器设计应用的经济效益和使用功能。

（二）充分了解工业生产中智能PID调节器功能

智能PID调节器功能在工业生产中非常重要，锅炉作为生产中的关键动力来源 必须严格去、自动控制锅炉水位。工业生产的安全性是维持现代化工业可持续发展的关键，锅炉水位自动控制的被控量是气泡水位，大多采取液位传感器控制、智能仪表控制、智能PID调节器功能。其中智能PID调节器功能体现在多个方面，主要包括输入信号选择、过程量、给定值、控制量三重显示、正反作用选择、智能声光报警、计数器功能、模拟输入、外给定值输入、加减运算测量值与设定值显示、PID参数自整定、P、I、D参数存储和调用、EM1功能、SB功能。智能PID调节器选型表包括多种显示方式，输入方式包括配热电偶、配热电阻、配直流电流三种，工作人员必须合理调整数学模型和智能化控制方式，实现更加优质的运行效果，充分发挥智能PID调节器设计应用工作的效果，做到高可靠性循环和条码校验，以严格的设计要求和运行规范来提升系统运作的效果和功能。阶跃响应信息是系统运作中的重要环节，实现更加科学合理的自动化控制效果，有效控制锅炉水位中的气泡水位。

四、结语

综上所述，工业生产的安全性是维持现代化工业可持续发展的关键，必须充分实现智能化控制功能的充分利用、PID参数的自动调整。智能PID调节器设计应用中能实现P、I、D参数存储和调用，为了实现控制系统运行必须重视智能PID调节器设计应用，现阶段必须更加重视智能PID调节器设计应用的过程，更加重视阶跃响应信息和参数调整，优化提升响应速度，实现智能PID调节器设计应用工作的功能发挥。

参考文献

[1]李秋红，周继超.PID控制参数优化的改进遗传算法[J].南京航空航天大学学报，2006（5）;24-26.

[2]张化光，孟祥萍.智能控制基础理论及应用[M].北京：机械工业出版社，2005，106-135.

[3]严帅，杨明，贵献国，等.基于改进智能算法的控制器优化设计[J].机械工业，2007，12（4）：89-98.

浙江精功精密制造有限公司 浙江 绍兴 312030

浙江精功科技股份有限公司 浙江 绍兴 312030

作者：唐佳栋 沈芳 赵志钢

智能PID设计论文 篇2：

《智能车PID算法的设计》实验综述

摘要：智能车PID算法的设计实验综合运用了C语言程序设计、单片机原理及现代控制理论等课程知识。学生通过实验，掌握智能车PID算法的基本原理，提高学生综合运用知识和创新能力。

关键词：PID算法；智能车；舵机控制

实验教学是高等教育体系中必不可少的重要环节，对提高学生的工程实践能力，加深其对理论知识的理解有十分重要的作用。目前国内大多数高校仍以单一学科的验证性实验为主，过分强调实验课程所在的学科体系的系统性和完备性。容易造成实验课程间不必要的重复，造成实验内容和教学时数的膨胀，严重影响专业教学效果和学生对专业知识的掌握[1]。

本文以C语言程序设计、单片机原理及现代控制理论等课程实验为基础，通过 “智能车PID算法”的实验设计，旨在对高校如何深化电子类设计性实验的教学改革进行探讨。

1 智能车PID算法的实验目的

在智能车同一硬件平台的基础上，通过在MC9S12XS128单片机分别固化2种不同的PID控制软件，旨在研究智能车PID算法的最优控制速度及稳定性。

2 智能车PID算法控制的实验设计

智能车自动控制算法一般采用基于反馈控制的PID算法，该算法一般涵盖3个过程：测量、比较和执行。即把测量到的变量与期望值相比较，然后用所得误差纠正调节控制系统的响应。

2.1 智能车PID控制的实验原理

积分环节：积分环节的调节作用虽然会消除静态误差，但也会降低系统的响应速度，增加系统的超调量。积分常数[Ti]越大，积分的积累作用越弱，这时系统在过渡时不会产生振荡；但是增大积分常数[Ti]会减慢静态误差的消除过程，消除偏差所需的时间也就越长，但可以减少超调量，提高系统的稳定性。

微分环节：微分环节的作用是阻止偏差的变化。它是根据偏差变化的趋势（变化速度）进行控制。偏差变化的越快，微分控制器的输出也就越大，并能在偏差值变大之前进行修正。微分作用的引入，将有助于减小超调量，克服振荡，使系统趋于稳定，特别对高阶系统非常有利，它加快了系统的跟踪速度。但微分的作用对输入信号的噪声很敏感，对那些噪声较大的系统一般不用微分，或在微分起作用之前先对输入信号进行滤波。

2.3 智能车PID控制的实验步骤

根据智能车实验设计要求的实际情况，该文智能车所用的采集信号的工具是摄像头，并且将采集到的图像进行二值化处理，最后得到的采集信息是若干桢二值化图像，另外通过阈值的限定，将采集到白色图像作1处理，而其余颜色全作为0处理，如图1所示。二值化图像共58行，116列，通过这种方式的处理，可以清晰明朗地看到，要想智能车平稳地在赛道上行驶，就需要它的行驶轨迹及范围在赛道的白色区域，也就是二值化图像的全1位置。

在舵机控制的问题上，输入参考值和反馈值的选定可以演变为黑色图像边缘位置的变化。该文采集的任意二值化图像用二维数组将所有的值存储起来，并用程序从最中间的白色位置向两边寻值，每次寻值选择恰当的一行进行寻值（根据改进增量式PID算法的要求至少需要三行数据），直到寻到黑色边缘为止，并将每一行黑色边缘的位置值记录下来，如图2所示。图中每一行对应的边缘位置值共有两个，分别记为z和y，然后根据z和y的前后变化得出当前所需的控制量。

3 智能车PID控制的实验结果分析

参考文献：

[1] 王怀平，林刚勇.电工电子类课程群实验教学改革与实践[J].中国电力教育，2011（4）：117-118.

[2] 卓晴.学做智能车：挑战“飞思卡尔”杯[M].北京：北京航天航空大学出版社，2007.

[3] 刘金琨.先进PID控制MATLAB仿真（第2版）[M].北京：电子工业出版社，2004.

[4] 车立志.智能PID控制算法的研究与实现[D].山东：山东科技大学，2009.

[5] 朱仲邃.不完全微分PID算法在纯滞后系统中的应用[J]. 微计算机信息，21（9）：27-28.

作者：李梅　金力

智能PID设计论文 篇3：

基于PID算法的语音智能小车设计

摘 要： 本设计基于PID算法设计了一种智能语音控制小车，主要包括电机驱动模块、语音识别模块、单片机控制模块。核心部分是采用STM32F101单片机和LD3320语音芯片实现语音智能控制，LD3320芯片对语音信号检测和数据采集，并将数据传送给STM32F101单片机，STM32F101单片机对语音信息进行分析，实现对小车的智能控制。系统主要硬件电路包括主控模块电路、语音通信电路、电机驱动电路。软件设计主要包括单片机语音通信程序、数据处理分析程序、电机驱动程序、PID算法的实现。使用L298N电机驱动以及5V直流电机，采用PID算法可以方便、灵活控制速度。在各模块的软件设计与仿真之后，经过各模块实物的制作以及测试，完成了智能操控系统儿童电动车的制作。语音识别距离范围5m;实现小车前进、后退、左转、右转、加速、减速等功能。

关键词： PID算法;STM32F101;LD3320;L298N;语音控制

1 系统结构

1.1 系统整体结构

本次设计中主要包含四个主要部分：语音芯片对语音正确的识别、单片机对关键词的匹配、控制信号的发送、驱动电路驱动电机。

总体框图如图1所示：

1.2 系统硬件设计

在本设计中，硬件电路主要包括四大模块：语音芯片电路、单片机控制电路、驱动电路和电源电路。

1.2.1 主控模块硬件电路设计

按照此次设计的要求，开始对芯片种类的查找，翻看资料进行优缺点比较，要使用STM32作为本设计的主控芯片。STM32系列位微控制器使用来自于ARM公司具有突破性的Cortex-M3内核，特别设计适用于集性能高、功耗低、实时应用、竞争性价格具有优势于一体的嵌入式领域[1]。

本次设计采用的STM32F101R8T6芯片，STM32芯片的脉宽是由两种不同的寄存器通过确定频率和根据占空比产生PWM信号来调节的。输出三种PWM边沿对齐模式来实现设计要求。使PWM控制信号的输出更加方便，因此可按照需要选择使用。组成STM32的最小系统电路有电源电路、复位电路以及振荡电路等。51个GPIO，所有I/O口都可以连接到16个外部中断;3个16位定时器，每个定时器有多达4个用于输入捕获/输出比较/PWM或脉冲计数的通道和量编码器输入，1个16位带死区控制和紧急刹车，用于电机控制的PWM高级控制定时器，2个看门狗定时器——独立的和窗口型的[2]。

1.2.2 语音信号检测电路设计

本设计采用的语音芯片是LD3320语音芯片，LD3320芯片是一種语音识别专用的集成芯片，无需提前录入和模拟训练，不会限制特定的语音信息，能够快速可靠并准确的识别关键词。每次在程序中可写入50个关键词组，可以是单字、词组或短句，识别句的内容可随时修改，输入语音信息后，语音芯片会按照关键词组一一比较。该芯片中包含了关于语音识别处理的一系列结构和外部电路，包括AD/DA转换器、麦克风接口、声音放大器、声音输出接口以及LED灯监测系统等。不需要外接辅助的Flash和RAM，使用方便[3]。语音识别后的结果数据存储在寄存器中，寄存器是暂存数据、指令和地址的，数据的传递都是通过对寄存器的操作来完成数据发送和数据接收的。例如在进行语音识别的时候，存储要匹配识别的关键词语列表，设定输入信号的识别模式，识别过程完成后获取的识别结果都是通过读/写寄存器来完成。在LD3320语音芯片在对语音检测时，可以对干扰噪音时间进行判断，根据时间长度可以检测出指令是否终止。该芯片与STM32控制器之间的通讯方式可以采用并行通信或SPI通讯的方式，本设计中选用并行接口通信，因为当单片机接收语音芯片发送的数据时，必须先将串行数据通过并行数据，然后再输入到单片机。会产生误差，影响识别的精确度。当单片机需要向驱动电路发送控制信号时，也需要将数据转换成二进制数，并行传送。语音模块电路图如图2所示：

1.2.3 电机驱动模块

电机使用2个有刷直流电机，高转速控制灵活简便。L298N是双H桥驱动电机芯片，内含四通道逻辑电路，可以用来驱动一个两相步进电机或两个驱动电机、继电器线圈等感性负载，是专门用作驱动的集成电路[4]。最高输出电流为4A，最高工作电压为50V，在本设计中，输出电流为2A，输出电压为5V，该电路可以外接检测电路，将变化量反馈给单片机电路。有四种电机控制模式：正转/反转/制动/停止;可对直流电机进行PWM调速。

1.2.4 电源模块

在本次设计的电路中，对L298N驱动芯片和对电机的驱动电源都采用5V供电，而单片机和语音芯片通过TTL转换接口采用转换出来的3.3V进行供电，又因为单片机要给驱动电路发送控制信号，所以单片机和驱动电路的连接就是将两个模块的GND连接在一起，实现通信。可以用三节AA电池供电，也可采用充电宝电源通过稳压芯片供电。由于不断调试耗费电池量大，而且充电宝优可提供稳定的5V电压，环保且高效的给小车提供动力。所以选择充电宝供电。

2 系统软件设计

2.1 STM32控制系统软件设计

STM32控制系统程序采用C语言编程，KEIL开发软件进行开发。首先进行初始化操作，将控制系统各个模块进行初始化，包括语音交互模块、触摸屏模块以及串口通信的软件初始化。当按下启动开关后才可正常工作，在工作时，当有语音输入时，语音识别模块对关键词一一分析比较，系统便会根据关键词对应控制小车来实现不同的动作，LD3320芯片最多可以对50个关键词进行识别处理，因此可实现50种不同的控制动作。文中对智能小车的动作测试只有六种，如果以后要增加其他功能，可以根据设计要求继续添加。

2.2 语音数据采集的设计

语音识别的操作顺序是：语音输入LD3320音频处理器进行处理，音频采样录入识别列表，保存在存储器中，MCU读取存储器，与关键词相匹配开始识别，识别结果发送给单片机。并准备好中断响应函数，打开中断允许位。在本次设计中，起初采用的就是触发方式识别配合按键控制的，但由于每次启动识别都需要重复按键，所以就优化了识别方式，改用了循环识别，使其更加智能化。

3 自整定模糊PID的算法实现

本设计采用PID调节方式来实现小车的运动状态的变化。传统的PID控制结构如图4所示：

在过程控制中模糊控制器与PID控制器的结合控制成为了很重要的研究方向。在本设计中，模糊控制在整个复合控制器中起辅助控制的作用，本质为PID控制器。主要利用模糊控制器的反模糊化输出来调节PID控制器的三个参数，从而使PID控制器的三个参数能够自调整达到提高控制性能的目的[5]。以模糊控制器来辅助PID控制器的模糊控制原理如图5所示：

模糊控制器的输入为预设值r（t）與反馈值得到的偏差e（t）以及偏差变化率Δe（t），输出经模糊控制器得到3个参数的增量ΔKp，ΔKi，ΔKd，再与预先整定的PID控制器的3个参数Kp0，Ki0，，Kd0求和。Kp=Kp0+ΔKp ;Ki=Ki0+ΔKi;Kd=Kd0+ΔKd。

这样就实现了Kp，Ki，Kd的参数变化整定，进而根据被控对象的特点变化而产生改变提高性能指标。

4 结语

主要阐述了语音控制的智能小车的总体设计思路和系统框架结构，主要完成了智能语音小车的软硬件设计，并画出了软件流程图。并采用模糊控制PID算法对直流减速电机的转速进行控制。在上位机绘制PID曲线方便PID参数整定。将分模块和整机分别进行测试，结果显示该系统运行稳定，精确度较高，具有一定的抗干扰能力，可被广泛应用在教学、智能玩具和搬运等场合，有很好的实用价值[6]。

参考文献：

[1]杨婉荣.PCR仪温度控制系统的研究与设计[D].西安工业大学，2014.

[2]蒋鸣东.利用STM32实时温度采集及无线传输设计[J].电脑知识与技术，2013，9（12）：2929-2933.

[3]邓天金，王昭武，余达.基于单片机控制的多功能智能语音风扇[J].电子世界，2017（23）：21-22.

[4]肖顺梅.智能康复训练器控制系统的设计与研究[D].南京理工大学，2015.

[5]彭少康.PCR仪温度检测与控制系统的研究与设计[D].南华大学，2016.

[6]冷雪锋.基于PID的STM32智能小车机器人的设计[J].自动化技术与应用，2016，35（11）：122-127.

*通讯作者： 于源华。

作者：张敏丽 郭红壮 于源华