常规的PID参数，通常做法是相应于某一点求取相对最优的调节参数后,应用于整个运 行过程,是不太合理的。此外,参数的整定十分麻烦、复杂,需要进行被控对象特性和过渡 过程特性的测试和计算,或者需要借助于积累的调试经验, 才能获得比较满意的整定效果, 为了减少PID调节器参数整定的麻烦,克服因被控对象特性变化或扰动作用造成的系统性 能的降低。本文介绍采用数字PID调节器的参数自寻最优控制。所谓自寻最优控制是利用 计算机的快速运算和强大的逻辑判断能力, 按照选定的寻优方法, 不断探测、不断调整, 自动寻找最优的数字PID调节参数,使得系统的性能处于最优状态。MATLAB是一种功能强、 兼容性好、执行速度快、效率高的结构性程序设计语言，是目前最为常用的开放式程序设 计语言之一，又具有和其他应用软件接口的功能。我们选用MATLAB语言作为控制器参数设 计的平台。

另外，用参数寻优方法设计离散 PID 控制器有很多方法，例如：最速下降法、共 轭梯度法和单纯形法．但是以梯度为基础的多变量寻优方法，都要 求计算目标函数的 梯度，而实际问题中往往得不到其梯度的形式。因此，采用这种方 法寻优时，只能 用近似的方法计算梯度的值。这样会产生很大的误差，计算量也很大．为了避免计算梯 度，产生了许多只计算目标函数的寻优方法，即模式寻优法。所谓模式寻优法，就是直 接依据目标函数的信息来确定寻优方向的方法。而其中单纯形法的理论比较成熟，所 以本文采用此方法。单纯形法利用单纯形的顶点计算目标函数值，按一定规则进行探 索性搜索，并对搜索区间的单纯形顶点的函数值进行比较，判断目 标函数的变化趋势， 确定有利的搜索方向和步长。

2 PID控制系统在当前社会的应用

PID 控制是目前工程上应用最广的一种控制方法，它的优点在于结构简单，且不依赖 被控对象模型，控制所需的信息量也很少，因而非常易于工程实现，同时通过参数的调整 也可获得较好的控制效果。

PID 控制是将误差信号的比例（P）、积分（I）和微分通过线性组合构成控制量，故 称之为 PID 控制。因此，在使用中只需要设定三个参数即可。在很多情况，往往不一定需 要三个单元，但是比例单元是必不可少的。

PID 控制器设计的难点在于参数整定。但是实际上很多情况下我们可以直接根据系统 的时域响应来调整比例、微分和积分三个环节的参数，当然这就需要了解这三个环节对时 域响应的有什么样的影响。论文网

（1）比例环节：直接将误差信号放大或缩小，因此将比例环节参数增大可以提高响 应速度并且减小稳态误差，但是，快速性和稳定性总是一对矛盾，也就是在增大比例系数 的同时，系统的稳定性逐渐减低，系统将会出现超调、振荡，甚至发散，因此合适的比例 增益是在快速性和稳定性之间进行折中。

（2）积分环节：从积分的定义可知，该环节是将误差不断进行累积，可实现消除稳 态误差。增益越大，积分作用越强，稳态误差消除也越快，但是带来的问题是容易产生积 分饱和现象，带来大的超调并延缓了系统进入稳态的速度，因此这又是一个矛盾。

（3）微分环节：该环节或取的是误差的微分信息，根据微分的定义，我们可以知道， 这是一个超前环节，也就是说该信号提前告诉我们控制量是该减还是该增，避免造成超调、 振荡，因此增大该环节增益有助于提高系统的稳定性，避免振荡，但是对快速性却产生了 负作用（快速性和稳定性总是一会矛盾体），因此必须合理选取。还有必须注意的是，微 分环节对噪声信号将产生放大作用，因此在噪声较大的系统中慎用。