數(shù)字控制器設(shè)計(jì)word版(已修改)
2025-06-21 11:43 本頁(yè)面
【正文】 課程論文 數(shù)字 PID控制器設(shè)計(jì) 學(xué)生成績(jī)： 學(xué)生學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 學(xué)生專(zhuān)業(yè)： 課程名稱(chēng)： 數(shù)字控制技術(shù) 任課教師： 提交日期： 2021 年 1 月 7 日 數(shù)字 PID 控制器設(shè)計(jì) 摘要 本文在完成計(jì)算機(jī)控制學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上結(jié)合自動(dòng)控制原理的學(xué)科知識(shí)，自擬題目，利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的知識(shí)，借助 MATLAB，完成對(duì)自擬系統(tǒng)的分析和 PID 控制器的設(shè)計(jì)，并將硬件電路畫(huà)出。 關(guān)鍵詞 ： 計(jì)算機(jī)控制， PID控制器 ， MATLAB 一 ﹑前言 設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為)130)(15)(1()(0 ???? sssKsG ，設(shè)計(jì)數(shù)字 PID 控制器，使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差不大于 ，超調(diào)量不大于20%，調(diào)節(jié)時(shí)間不大于 。并采用位置算法實(shí)現(xiàn)該 PID控制器。 二﹑設(shè)計(jì)原理 PID 控制是最早發(fā)展起來(lái)的經(jīng)典控制策略，是用于過(guò)程控制最有效的策略之一。由于其原理簡(jiǎn)單．技術(shù)成熟，在 實(shí) 際應(yīng)用中較易于整定，在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。它最大的優(yōu)點(diǎn)是不需了解被控對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型，其需在線根據(jù)系統(tǒng)誤差段誤差的變化率等簡(jiǎn)單參數(shù)，經(jīng)過(guò)經(jīng)驗(yàn)進(jìn) 行調(diào)節(jié)器參數(shù)在線整定，即可取得滿意的結(jié)果。具有很大的適應(yīng)性和靈話性。 PID 控制中的積分作用可以減少穩(wěn)態(tài)誤差，但 另 一方面也容易導(dǎo) 致 積分飽和，使系統(tǒng)的超調(diào)量增大。微分作用可提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但其對(duì)高頻干擾特別敏感，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)。所以，正確計(jì)算 PID 控制器的參數(shù)，有效合理地實(shí) 現(xiàn) PID 控制器的設(shè)計(jì)，對(duì)于 PID 控制器在過(guò)程控制中的廣泛應(yīng)用具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義 。 在典型 PID控制系統(tǒng)中． PID控制器分別對(duì)誤差信號(hào) E（ t）進(jìn)行比例、積分與微分運(yùn)算．其結(jié)果的加權(quán)和 集 成系統(tǒng)的控制信號(hào) u(t)，送給對(duì)象模型加以控制 。 PID 控制器的數(shù)學(xué)描述為：01 ( )( ) ( ) ( )tpDId e tu t K e t e t d t TT d t??? ? ??????（ ） 其傳遞函數(shù)可表示為： ( ) 1( ) (1 )() pDIUsD s K T sE s T s? ? ? ? （ ） 從根本上講，設(shè)計(jì) PID控制器也就是確定其比例系數(shù) Kp、積分系數(shù) Ti和微分系數(shù) Td。，這三個(gè)系數(shù)取值的不同，決定了比例、積分和微分作用的強(qiáng)弱?？刂葡到y(tǒng)的整定就是在控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定、控制儀表和控制對(duì)象等處在正常狀態(tài)的情況下．適當(dāng)選 擇 控制器的參數(shù) 使控制儀表的特性和控制對(duì)象的特性相配合．從而使控制系統(tǒng)的運(yùn)行達(dá)到最佳狀態(tài)，取得最好的控制效果。 位置式 PID控制算法 。 由于計(jì)算機(jī)控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量，需要進(jìn)行離散化處理?，F(xiàn)以一系列的采樣時(shí)刻點(diǎn) kT代表連續(xù)時(shí)間 t，以和式代替積分，以增量代替微分，則可以作近似變換； 圖 1 由于計(jì)算機(jī)控制是一種采樣控制系統(tǒng)，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量。因此， (2． 2)式中的積分和微分項(xiàng)不能直接使用，需要進(jìn)行離散化處理。現(xiàn)令 T 為采樣周期，以一系 列的采樣時(shí)刻點(diǎn)kT代表連續(xù)時(shí)間 t，以累加求和近似代替積分，以一階后向差分近似代替微分，做如下的近似變換： t=KT () ????? ??kjkjt jeTjTeTte000 )()()( () T kekeT TkekTedt tde )1()(])1[()()( ?????? () 其中， T為采樣周期， e(k)為系統(tǒng)第 k次采樣時(shí)刻的偏差值， e(kl)為系統(tǒng)第 (kl)次采樣時(shí)刻的偏差值， k為采樣序號(hào)， k=0， 1， 2，…。 將上面的 ()式和 ()式代入 ()式，則可以得到離散的 PID表達(dá)式 )]}1()([)()({)( 0 ????? ?? kekeTTjeTTteKku DkjIP () 如果采樣周期了足夠小，該算式可以很好的逼近模擬 PID算式，因而使被控過(guò)與連續(xù)控制過(guò)程十分接近。通常把 ()式稱(chēng)為 PID 的位置式控制算法。若在 ()式中，令： IPI TTKK ? (稱(chēng)為積分系數(shù) ) ； TTKK DPD ? (稱(chēng)為微分系數(shù) ) 則 )]1()([)()()( 0 ????? ?? keteKjeKteKku DkjIP () ()式即為離散化的位置式 PI
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