臺灣博碩士論文加值系統

本文的目的是利用無單位參數發展一系列以實驗方法為基礎的PI/PID控制器微調(fine tuning)之程序。以循序漸進的方式規劃出有系統且有效率的實驗方法，並將實際進行微調時可能因人為或環境所產生的誤差列入研究之控制因子，將部分的微調方法在有誤差的系統模型中測試是否可行。本文以一階具時間延遲系統為研究對象，對於PI控制器，以IAE、ISE、ITSE、ITAE為系統的性能指標，並設計四種微調方法；對於PID控制器，以IAE、ISE、ITAE為系統的性能指標，並設計了五種微調方法。電腦模擬的結果顯示，以無單位參數進行同心方格法搜尋最佳配方有其一定的方向性。各種微調方法於PI/PID控制器的調整，大部分都可以改善Z-N法推薦參數性能不佳的缺點。不同的無單位參數在各種調整方法中有不同的表現結果，並列出各種微調方法的優缺點與適用的場合。希望藉由本研究之實驗結果啟發後續研究者發展更快速且更有效率的微調方法。

The main idea of this article is with Non-dimensional Paramters, to develop a series of PI Fine Turing Procedure based on Experiment Design. First, it regulates systematic and efficient Experiment Design step by step, practices controlling parameters that might be researched due to human and environmental mistakes while doing fine tuning and then tests if it works out within false system models by partly fine turning methods. In this article, it focuses on First order system with time delay and according to PI Controller, it designs four fine turning methods in terms of IAE, ISE, ITSE and ITAE. Moreover, for PID Controller, it designs five fine turning methods in terms of IAE, ISE and ITAE.The simulating results from computers show it has a certain way to carry Concentric Grid Method to get best matching with Non-dimensional Parameters. Most fine tuning methods can adjust PI/PID Controllers and improve weakness of Z-N Method Parameters. Different Non-dimensional Parameters perform differently in all fine turning methods and list advantages, disadvantages and proper occasions for each method. As a result, through experiment results, we look forward to inspiring next explorers to create much faster and more efficient Fine Tuning Methods in the future.

摘要 I
Abstract III
誌謝 IV
目錄 V
圖目錄 IX
表目錄 XI
第一章 緒論 1
第一節 研究動機 1
第二節 研究目的 2
第三節 文獻回顧 4
第四節 全文概述 11
第二章 研究系統架構 14
第一節 PID控制器 14
第二節 一階具時間延遲系統 20
第三節 Ziegler-Nichols法則 23
第四節 系統的性能參考指標 27
第五節 改善率的定義 29
第六節 名詞解釋 30
第三章 以無單位參數進行簡單方格實驗法調整PID 32
第一節 實驗設計 32
第二節 實驗步驟 37
第三節 執行實驗 40
第四節 結果與討論 41
第五節 結論 48
第四章 以無單位參數進行同心方格實驗法調整PID 49
第一節 實驗設計 49
第二節 實驗步驟 54
第三節 執行實驗 57
第四節 結果與討論 58
第五節 結論 81
第五章 模型誤差對同心方格實驗法調整PID之影響 83
第一節 實驗設計 83
第二節 實驗步驟 87
第三節 執行實驗 90
第四節 結果與討論 91
第五節 結論 109
第六章 以延伸法進行PID控制器之微調 111
第一節 實驗設計 111
第二節 實驗步驟 115
第三節 執行實驗 121
第四節 結果與討論 122
第五節 結論 137
第七章 以最陡坡降法進行PID控制器之微調 140
第一節 實驗設計 140
第二節 實驗步驟 145
第三節 執行實驗 149
第四節 結果與討論 150
第五節 結論 170
第八章 以部分因子法進行PID控制器之微調 174
第一節 實驗設計 175
第二節 實驗步驟 178
第三節 執行實驗 181
第四節 結果與討論 182
第五節 結論 195
第九章 結論與建議 198
第一節 結論 198
第二節 建議 202
參考文獻 204
作者簡介 208

1. 江煥鏗、沈金鐘、歐雲男、李俊明，2001，「一種智慧型PID控制器
的實現」，科技學刊，第十卷，第四期，第265-269頁。
2. 何裕山，1995，「比例微分積分(PID)控制器之原理與應用」，量測
資訊，第四十一期，第76-86頁。
3. 吳佳儒、薛永隆、莊博全，2000，「以田口方法進行參數調整的PID
控制器」，科技學刊，第九卷，第一期，第11-19頁。
4. 吳其榮、高震國，1994，「PID控制器之自動調諧」，化工技術，第
二卷，第九期，第56-61頁。
5. 沈金鐘，2001，PID控制器理論、調整與實現，滄海書局，台中。
6. 沈金鐘、張舜宏、江煥鏗，2003，「適用於二階系統的PID控制器調
整法則」，2003年自動控制研討會，第567-571頁。
7. 沈金鐘、江煥鏗、李俊明，2001，「欠阻尼響應受控體之自調式PID
控制器」，2001自動控制研討會，第135-139頁。
8. 沈金鐘、江煥鑑、歐雲南，2000，「智慧型PID控制器」，2000年
自動控制研討會，第135-139頁。
9. 陳朝光、陳介力、楊錫凱，1999，自動控制，高立圖書有限公司，台
北。
10.熊京民、張啟鴻，2003，「以無單位參數進行同心方格實驗調整
PID」，第二十屆機械工程研討會論文集，第79-86頁。
11.熊京民、謝旻宏、鍾博欽，2003，「以最陡坡降法做PID控制器的微
調」，2003中華民國自動控制研討會，第1599-1606頁。
12.熊京民、鍾博欽、張啟鴻，2002，「以實驗方法進行PID控制器的微
調」，第五屆全國機構與機器設計學術研討會，第449-454頁。
13.熊京民、鍾博欽、謝旻宏，2002，「根據反應曲面法微調PID控制
器」，2002工業自動控制與電力應用研討會，第12-17頁。
14.Astrom, K. J., and Hagglund, T., 1984,“Automatic Tuning of
Simple Regulators with Specifications on Phase and
Amplitude Margins,”Automatica, Vol. 20, pp. 645-651.
15.Astrom, K. J., Hang, C. C., Persson, P., and Ho, W. K.,
1991,“Toward Intelligent PID Control,”Automatica, Vol.
28, pp. 1-9.
16.Bialkowski, W. L., 1993,“Dreams Versus Reality：A View
From Both Sides of the Gap,”Pulp and Paper Canada, Vol.
94, pp. 19-27.
17.Callender, A., Hartree, D. R., and Porter, A., 1936,“Time-
lag in a control system,”Phil. Trans. Roy. Soc. London,
Vol. 756, pp.415-444.
18.Chien, K. L., Hrones, J. A., and Reswick, J. B., 1952,“On
the Automatic Control of a Generalized Passive System,”
Trans. ASME, Vol. 74, pp. 175-185.
19.Haalman, A., 1965,“Adjusting Controllers for a Deadtime
Process,”Control Engineering, July, pp. 71-73.
20.Hang, C. C., Astrom, K. J., and Ho, W. K., 1991,
“Refinements of the Ziegle-Nichols Tuning Formula,”IEE
Proceedings Pt. D, Vol. 138, pp. 111-118.
21.Ho, W. K., Hang, C. C., and Cao, L. S., 1995,“Tuning of
PID Controlles Based on Gain and Phase Margin
Specifications,”Automatica, Vol. 31, pp. 497-502.
22.Minorsky, N., 1922,“Directional Stability of Automatically
Steered Bodies,”J. Amer. Soc. Naval Engineers, Vol. 42,
No. 2, pp. 280-309.
23.Montgomery, D. C., 1997, Design and Analysis of Experiment
4/E, John Wiley and Sons, Inc.
24.Raymond, H. M., and Montgomery, D. C., 1995, Response
Surface Methodology: Process and Product Optimization Using
Designed Experiments, John Wiley and Songs, Inc.
25.Shen, J. C., 1994,“Quadratic stabilization of uncertain
nonlinear systems, ”Journal of Control Systems and
Technology, Vol. 2, No. 2, pp. 209-213.
26.Shen, J. C., 2000,“New Tuning Method for PID Control of a
Plant with Under-Damped Response,”Asian Journal of
Control, Vol. 2, No. 1, pp. 31-41.
27.Shen, J. C., 1997,“ Robust state estimation feedback
controller design for uncertain linear systems with time
varying delay,”Journal of Control Systems and Technology,
Vol. 5, No. 2, pp. 121-125.
28.Shen, J. C., 1997,“Designing stabilizing controllers and
observers for uncertain linear systems with time-varying
delay, ” IEE Proceedings Pt. D, Vol. 144, No. 4, pp. 331-
333.
29.Wang, Q. G., Lee, T. H., and Tan, K. K., 1995,“Automatic
Tuning of Finite Spectrum Assignment Control for Delay
Systems,”Automatica, Vol. 31, pp. 477-482.
30.Yamamoto, S., and Hashimoto, I., 1991,“Present Status and
Future Needs：The View From Japanese Industry,”Proceedings
of the 4th Internation Conference on Chemical Process
Control, pp. 1-28.
31.Ziegler, J. G., and Nichols, N. B., 1942,“Optimal Settings
for Automatic Controllers,”Trans. ASME, Vol. 64, pp. 759-
768.