資源描述：
《PID控制算法的MATLAB仿真.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、PID控制算法的matlab仿真PID控制算法是實際工業(yè)控制中應用最為廣泛的控制算法，它具有控制器設計簡單，控制效果好等優(yōu)點。PID控制器參數的設置是否合適對其控制效果具有很大的影響，在本課程設計中一具有較大慣性時間常數和純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)作為被控對象的模型對PID控制算法進行研究。被控對象的傳遞函數如下：Ke??dsG(s)?1?Tsf其中各參數分別為K?30,T?630,??60。MATLAB仿真框圖如圖1所示。fd-K-Kpz30-K-1(z-1)630s+1Out1StepKiZero-OrderTransportTransferFcnHoldDelayAdd(z-1)-
2、K-zKd圖12具體內容及實現功能2.1PID參數整定PID控制器的控制參數對其控制效果起著決定性的作用，合理設置控制參數是取得較好的控制效果的先決條件。常用的PID參數整定方法有理論整定法和實驗整定法兩類，其中常用的實驗整定法由擴充臨界比例度法、試湊法等。在此處選用擴充臨界比例度法對PID進行整定，其過程如下：1)選擇采樣周期由于被控對象中含有純滯后，且其滯后時間常數為??60，故可選擇采樣周期T?1。ds2)令積分時間常數T??，微分時間常數T?0，從小到大調節(jié)比例系數K，id使得系統(tǒng)發(fā)生等幅震蕩，記下此時的比例系數K和振蕩周期T。kk3)選擇控制度為Q?1.05，按下面公式計
3、算各參數：K?0.63KpkT?0.49TikT?0.14TdkT?0.014Tsk通過仿真可得在T?1時，K?0.567,T?233，故可得：skkK?0.357,T?114.17,T?32.62,T?3.262pidsKTpsK??0.005iTiKTpdK??3.57dTs按此組控制參數得到的系統(tǒng)階躍響應曲線如圖2所示。1.81.61.41.210.80.60.40.2001002003004005006007008009001000圖2由響應曲線可知，此時系統(tǒng)雖然穩(wěn)定，但是暫態(tài)性能較差，超調量過大，且響應曲線不平滑。根據以下原則對控制器參數進行調整以改善系統(tǒng)的暫態(tài)過程：1)
4、通過減小采樣周期，使響應曲線平滑。2)減小采樣周期后，通過增大積分時間常數來保證系統(tǒng)穩(wěn)定。3)減小比例系數和微分時間常數，以減小系統(tǒng)的超調。改變控制器參數后得到系統(tǒng)的階躍響應曲線如圖3所示，系統(tǒng)的暫態(tài)性能得到明顯改善.1.41.210.80.60.40.2001002003004005006007008009001000圖3最終，選擇采樣周期為T?1，PID控制器的控制參數為：sK?0.25,K?0.001,K?3pid此時，系統(tǒng)的超調量為M?27.7%，上升時間為t?135，調整時間為prt?445。穩(wěn)態(tài)誤差為e?0。sss2.2模型失配對PID控制器控制效果的影響實際中，由于建
5、模誤差以及被控對象的參數變化，都會使得被控對象傳遞函數參數不準確。一個性能優(yōu)良的控制器應該在系統(tǒng)參數發(fā)生變化時依然具有良好的控制性能，既具有較強的魯棒性。PID控制器的魯棒性強弱是由控制器參數確定后系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度決定的。下面通過仿真分析被控對象參數變化時PID控制器的控制效果。當被控對象的比例系數增大5%時，系統(tǒng)的單位階躍響應曲線如圖4所示，此時系統(tǒng)的個暫態(tài)性能指標為：M?29.9%,t?129,t?410prs相對參數未變時單位階躍響應而言，系統(tǒng)的超調量增大，上升時間和調整時間都減小，但是，各性能指標的變化量都比較小。這是因為，被控對象的比例系數增大使得系統(tǒng)的開環(huán)增益變大，故而系
6、統(tǒng)響應的快速性得到提高，但超調量也隨之增大。從被控對象的比例系數變化時系統(tǒng)的單位階躍響應可知，當被控對象的比例系數在一定范圍內變化時，對PID控制器的控制效果不會產生太大影響。1.4參數改變參數不變1.210.80.60.40.2001002003004005006007008009001000圖4當被控對象的慣性時間常數增大5%時，系統(tǒng)的單位階躍響應曲線如圖5所示，此時系統(tǒng)的個暫態(tài)性能指標為：M?26.4%,t?175,t?475prs1.4參數不變參數改變1.210.80.60.40.2001002003004005006007008009001000圖5相對參數未變時單位階躍
7、響應而言，被控對象的慣性時間常數增大使得系統(tǒng)的響應速度變慢，故而，使得系統(tǒng)的超調量減小，上升時間和調整時間都增大。又各性能指標的變化量都比較小，故可知，當被控對象的慣性時間常數在一定范圍內變化時，對PID控制器的控制效果不會產生太大影響。當被控對象的純滯后時間常數增大5%時，系統(tǒng)的單位階躍響應曲線如圖6所示，此時系統(tǒng)的個暫態(tài)性能指標為：M?31.5%,t?135,t?415prs1.4參數改變參數不變1.210.80.60.40.2001002003004005006
