pid控制器設(shè)計

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1、PID控制器設(shè)計PID控制器設(shè)計一、PID控制的基本原理和常用形式及數(shù)學模型具有比例-積分-微分控制規(guī)律的控制器，稱PID控制器。這種組合具有三種基本規(guī)律各自的特點，其運動方程為：(1-1)相應(yīng)的傳遞函數(shù)為：(1-2)PID控制的結(jié)構(gòu)圖為：若，式（1-2）可以寫成：由此可見，當利用PID控制器進行串聯(lián)校正時，除可使系統(tǒng)的型別提高一級外，還將提供兩個負實零點。與PI控制器相比，PID控制器除了同樣具有提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能的優(yōu)點外，還多提供一個負實零點，從而在提高系統(tǒng)動態(tài)性能方面，具有更大的優(yōu)越性。因此，在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，廣泛使用PI

2、D控制器。PID控制器各部分參數(shù)的選擇，在系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試中最后確定。19PID控制器設(shè)計通常，應(yīng)使積分部分發(fā)生在系統(tǒng)頻率特性的低頻段，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能；而使微分部分發(fā)生在系統(tǒng)頻率特性的中頻段，以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。一、實驗內(nèi)容一：自己選定一個具體的控制對象(Plant)，分別用P、PD、PI、PID幾種控制方式設(shè)計校正網(wǎng)絡(luò)（Compensators），手工調(diào)試P、I、D各個參數(shù)，使閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)（ResponsetoStepCommand）盡可能地好（穩(wěn)定性、快速性、準確性）控制對象(Plant)的數(shù)學模型：實驗1中，我使用M

3、ATLAB軟件中的Simulink調(diào)試和編程調(diào)試相結(jié)合的方法不加任何串聯(lián)校正的系統(tǒng)階躍響應(yīng)：（1）P控制方式：P控制方式只是在前向通道上加上比例環(huán)節(jié)，相當于增大了系統(tǒng)的開環(huán)增益，減小了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，減小了系統(tǒng)的阻尼，從而增大了系統(tǒng)的超調(diào)量和振蕩性。19PID控制器設(shè)計P控制方式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：取Kp=1至15，步長為1，進行循環(huán)測試系統(tǒng)，將不同Kp下的階躍響應(yīng)曲線繪制在一張坐標圖下：MATLAB源程序：%對于P控制的編程實現(xiàn)clear;d=[2];n=[132];t=[0:0.01:10];forKp=1:1:15d1=Kp*d

4、;g0=tf(d1,n);g=feedback(g0,1);y=step(g,t);plot(t,y);ifishold~=1,holdon,endendgrid由實驗曲線可以看出，隨著Kp值的增大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差逐漸減小，穩(wěn)態(tài)性能得到很好的改善，但是，Kp的增大，使系統(tǒng)的超調(diào)量同時增加，系統(tǒng)的動態(tài)性能變差，穩(wěn)定性下降。這就是P控制的一般規(guī)律。由于曲線過于密集，我將程序稍做修改，使其僅僅顯示出當系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差小于10%的最小Kp值，并算出此時系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)值和超調(diào)量。19PID控制器設(shè)計新的程序為：%修改后對于P控制的編程實現(xiàn)clear;

5、d=[2];n=[132];t=[0:0.01:10];forKp=1:1:15d1=Kp*d;g0=tf(d1,n);g=feedback(g0,1);y=step(g,t);plot(t,y);dc=dcgain(g)ifdc>0.9,plot(t,y),disp(Kp),disp(dc),break,end;%顯示出穩(wěn)態(tài)誤差小于10%的最小Kp值，并算出穩(wěn)態(tài)值ifishold~=1,holdon,endendgridKp=10時系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線我們就采用使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差小于10%的最小Kp值10，并計算出此時系統(tǒng)的超調(diào)量為34

6、.6%，穩(wěn)態(tài)誤差為1-0.9091=0.0909。這些結(jié)果是我們能接受的。(2)PD控制方式PD控制方式是在P控制的基礎(chǔ)上增加了微分環(huán)節(jié)，由圖可見，系統(tǒng)的輸出量同時受到誤差信號及其速率的雙重作用。因而，比例—19PID控制器設(shè)計微分控制是一種早期控制，可在出現(xiàn)誤差位置前，提前產(chǎn)生修正作用，從而達到改善系統(tǒng)性能的目的?？刂葡到y(tǒng)的傳遞函數(shù)為：PD控制框圖保持Kp=10不變，調(diào)試取Kd=1、1.5、2時的系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線并與P控制做比較：MATLAB源程序為：%編程實現(xiàn)PD控制與P控制的比較clear;t=[0:0.01:10];d0=[

7、20];n=[132];s0=tf(d0,n);s=feedback(s0,1);k=step(s,t);plot(t,k);19PID控制器設(shè)計Kp=10;ifishold~=1,holdon,end;forKd=1:0.5:2d=[2*Kd*Kp,2*Kp];g0=tf(d,n);g=feedback(g0,1);y=step(g,t);plot(t,y);ifishold~=1,holdon,endendendgrid由實驗曲線可以得知，在比例控制的基礎(chǔ)上增加微分控制并不會影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，而增大微分常數(shù)Kd可以有效的減小系

8、統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間，在不影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能的基礎(chǔ)上改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能。微分控制部分相當于增大了系統(tǒng)的阻尼，所以可以選用較大的開環(huán)增益來改善系統(tǒng)的動態(tài)性能和系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。在MATLAB中用循環(huán)語句實現(xiàn)不同Kp和Kd值下系統(tǒng)階躍響應(yīng)