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第1章 数字PID控制1

1.1 PID控制原理1

1.2 数字PID控制算法2

1.2.1 位置式PID控制算法2

1.2.2 增量式PID控制算法5

1.3 数字PID控制算法的改进8

1.3.1 积分分离PID控制算法8

1.3.2 遇限削弱积分PID控制算法11

1.3.3 不完全微分PID控制算法11

1.3.4 微分先行PID控制算法14

1.3.5 带死区的PID控制算法16

1.4 常用的数字PID控制系统17

1.5 数字PID控制技术的应用实例21

1.5.1 直线电动机的数字PID控制21

1.5.2 运动控制系统中位置环数字PID控制算法的改进实现26

第2章 自适应PID控制31

2.1 自适应控制31

2.1.1 自适应控制的含义31

2.1.2 自适应控制的类型32

2.1.3 自适应控制的理论34

2.2 自适应PID控制36

2.2.1 引言36

2.2.2 参数自适应PID控制37

2.2.3 基于过程特征参数的自适应PID控制39

2.3 基于非参数模型的自适应PID控制40

2.3.1 PID继电自整定与神经网络相结合的自适应PID控制系统40

2.3.2 模糊自适应PID控制系统43

2.3.3 单神经元自适应PID控制器43

2.3.4 专家自适应PID控制器47

2.4 基于参数模型的自校正PID控制49

2.4.1 最小方差自校正PID控制49

2.4.2 极点配置自校正PID控制53

2.4.3 自校正PID控制器的极点配置设计55

2.5 自校正PID控制技术的应用实例58

2.5.1 极点配置自校正PID控制器在电阻加热炉温控系统中的应用58

2.5.2 时变大滞后极点配置最优预报自校正PID控制器62

2.5.3 自校正PID控制技术在电力系统中的应用66

2.6 基于模型参考的自适应PID控制器72

2.6.1 基于模型参考的自适应控制方法72

2.6.2 模型参考自适应PID控制器73

第3章 智能PID控制75

3.1 智能控制75

3.1.1 智能控制的含义75

3.1.2 智能控制系统77

3.1.3 智能控制的类型79

3.2 智能PID控制器82

3.3 基于规则的智能PID自学习控制器85

3.4 加辨识信号的智能自整定PID控制器86

3.5 专家式智能自整定PID控制器87

3.5.1 专家控制87

3.5.2 专家式智能自整定PID控制器的典型结构88

3.6 智能PID控制的实际应用92

3.6.1 专家PID控制在伺服系统中的应用92

3.6.2 智能PID控制在电阻加热炉温控系统中的应用95

3.6.3 智能PID控制在混合煤气热值、流量串级调节系统中的应用96

第4章 模糊PID控制101

4.1 模糊控制101

4.1.1 模糊控制的基本原理101

4.1.2 模糊控制器102

4.1.3 模糊控制器结构105

4.2 模糊PID控制117

4.2.1 引入积分因子的模糊PID控制器118

4.2.2 Fuzzy-PID混合控制119

4.3 模糊自适应PID控制125

4.3.1 在线实时模糊自整定PID控制器126

4.3.2 基于Fuzzy推理的自调整PID控制器129

4.3.3 单参数模糊自适应PID控制器134

4.4 模糊PID控制技术的研究探讨142

4.4.1 模糊PID控制器的基本形式142

4.4.2 模糊PID控制技术研究中面临的几个重要理论问题146

第5章 神经网络PID控制149

5.1 神经网络基础150

5.1.1 单神经元模型150

5.1.2 神经网络的拓扑结构——神经元的连接形式152

5.1.3 神经网络的学习规则153

5.1.4 误差反向传播（BP）神经网络154

5.1.5 Hopfield神经网络159

5.2 基于单神经元的PID控制160

5.2.1 单神经元自适应PID控制器及其学习算法160

5.2.2 单神经元自适应PID控制器应用实例170

5.3 基于神经网络的PID控制171

5.3.1 基于BP神经网络KP、KI、KD参数自学习的PID控制器172

5.3.2 改进型BP神经网络KP、KI、KD参数自学习PID控制器176

5.4 神经网络模糊PID控制183

5.4.1 基于神经网络的模糊PID控制183

5.4.2 基于神经网络的模糊推理PID控制189

5.5 神经网络隐式PID控制及其在脉冲TIG焊接熔池控制中的应用193

5.5.1 神经网络隐式PID控制结构194

5.5.2 自学习算法195

5.5.3 实时控制196

第6章 预测PID控制198

6.1 模型算法PI控制（MAPIC）200

6.1.1 模型算法控制（MAC）200

6.1.2 模型算法PI控制（MAPIC）实现205

6.2 动态矩阵PI控制（DMPIC）208

6.2.1 动态矩阵控制（DMC）208

6.2.2 动态矩阵PI控制（DMPIC）实现212

6.3 广义预测PI控制（GPPIC）214

6.3.1 广义预测控制（GPC）214

6.3.2 广义预测PI控制（GPPIC）实现219

6.4 广义预测极点配置PI控制（GPPPIC）220

6.4.1 广义预测极点配置控制（GPPC）220

6.4.2 广义预测极点配置PI控制（GPPPIC）实现224

6.5 预测-PID串级控制及其在合成氨厂变换工段上的应用226

6.5.1 动态矩阵预测-PID串级控制226

6.5.2 动态矩阵预测-PID串级控制的数字仿真227

6.5.3 动态矩阵预测-PID串级控制在变换工段中的应用228

第7章 PID控制器的自整定技术233

7.1 PID控制器参数整定的原理和方法233

7.1.1 Ziegler-Nichols设定方法233

7.1.2 ISTE最优设定方法234

7.1.3 临界灵敏度法235

7.1.4 基于增益优化的整定法235

7.1.5 基于总和时间常数的整定法237

7.1.6 基于交叉两点法的PID参数整定规则238

7.2 自整定PID控制策略和技术242

7.2.1 继电型PID自整定控制策略242

7.2.2 基于过程特征参数的PID控制器参数自整定技术244

7.2.3 基于给定相位裕度的PM法自整定公式246

7.2.4 基于给定相位裕度和幅值裕度的SPAM法自整定公式248

7.2.5 基于递推参数估计的PID控制器参数自整定技术251

7.3 多变量PID控制器自整定技术256

7.3.1 多变量PID控制器的在线自整定技术256

7.3.2 多变量非线性自整定PID控制器258

7.4 具有PID参数自整定功能的智能调节器260

7.4.1 富士MICREX智能控制器260

7.4.2 东芝TOSDIC 2自由度PID自整定调节器267

7.4.3 FOXBORO-EXACT自整定PID调节器274

7.4.4 YEWSERIES-80自整定调节器277

第8章 PID控制器的设计方法（一）——LQ最优控制、频域法、极点配置设计、TS-PID282

8.1 基于线性二次最优控制的PID参数优化方法282

8.1.1 LQ最优控制设计算法282

8.1.2 LQR系统与PID控制系统的联系284

8.2 基于频域法的PID控制器设计286

8.2.1 基于相位裕度的PID参数优化方法286

8.2.2 基于相位裕度和幅值裕度的PID控制器设计新方法290

8.3 状态反馈的极点配置设计法292

8.3.1 基于多项式拟合的内环状态反馈参数优化292

8.3.2 基于极点配置调节PID控制器参数295

8.4 TS-PID控制器的系统设计297

8.4.1 TS模糊模型297

8.4.2 TS-PID控制器的结构设计297

8.4.3 TS-PID控制器的参数确定299

第9章 PID控制器的设计方法（二）——遗传算法、鲁棒PID、非线性PID控制300

9.1 基于遗传算法的PID控制器设计300

9.1.1 遗传算法300

9.1.2 基于遗传算法的PID参数优化设计302

9.1.3 PID设计的自适应遗传算法305

9.1.4 基于遗传算法的预测自整定PID控制算法308

9.1.5 基于改进遗传算法的二自由度PID控制器设计311

9.1.6 基于遗传算法的PID神经网络解耦控制器的设计315

9.2 鲁棒PID控制器设计317

9.2.1 鲁棒控制317

9.2.2 基于μ分析的鲁棒PID控制器设计319

9.2.3 基于H∞控制理论的PID控制器设计321

9.2.4 基于闭环增益成形控制算法的鲁棒PID控制器323

9.3 非线性PID控制器设计325

9.3.1 非线性PID控制器325

9.3.2 可控串联电容补偿非线性PID控制器的设计327

9.3.3 发电机组汽门的新型非线性PID控制器设计329

9.3.4 非线性PID算法在电加热炉集散控制系统中的应用330

第10章 新型PID控制的工程应用333

10.1 对偶自校正PID控制在大型目标模拟器方位伺服电动机中的应用333

10.1.1 控制对象分析333

10.1.2 对偶自校正PID控制系统334

10.2 实时专家PiD控制在锅炉汽包水位控制中的应用335

10.2.1 循环流化床锅炉汽包水位专家PID控制原理335

10.2.2 循环流化床锅炉汽包水位专家PID控制算法和控制结构337

10.3 单片机控制的智能PID控制器在液压系统中的应用339

10.3.1 系统的结构原理339

10.3.2 智能PID控制器设计原理339

10.4 Fuzzy-PID控制在无刷直流电动机交流伺服系统中的应用341

10.4.1 无刷直流电动机交流伺服系统341

10.4.2 速度环Fuzzy-PID控制算法342

10.5 Fuzzy-PID控制在智能人工腿位置伺服系统中的应用344

10.5.1 智能人工腿位置伺服系统344

10.5.2 Fuzzy-PID控制策略345

10.6 神经模糊逆模-PID复合控制在连续搅拌型化学反应器中的应用347

10.6.1 连续搅拌型化学反应器系统简介347

10.6.2 神经模糊逆模-PID复合控制策略347

10.7 智能PID控制器在工业对象中的应用348

10.7.1 基于RBF网络与Smith预估器相结合的智能PID控制348

10.7.2 在纯滞后工业对象中的应用研究350

10.8 基于非线性跟踪微分器的电力系统PID励磁控制器352

10.8.1 NPSS和SωNPID控制方案352

10.8.2 数字仿真和物理动态模拟实验研究353

参考文献356