pid控制器參數(shù)整定設(shè)計(jì)方案-wenkub
2023-05-07 22:01:07 本頁(yè)面
【正文】 close=g/(1+g*g2)Step(close) 由圖可知，系統(tǒng)穩(wěn)定是個(gè)很慢的過(guò)程，并且穩(wěn)定時(shí)的值很大，超調(diào)量也不合要求。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一 14步減小，直到等于零。 設(shè)定 PID 控制器的參數(shù)參照表 我取 PID 的三個(gè)參數(shù)值為 K=, =, Td=，此時(shí)系統(tǒng)的1Ti輸出波形為圖 所示此時(shí)可以算出，系統(tǒng)的性能指標(biāo)如下表 ：上升時(shí)間 Tr 峰值時(shí)間 Tp 調(diào)整時(shí)間 Ts 波形峰值 波形穩(wěn)定值156 s 210 s 700 s v v 15表 K= = Td= 時(shí)系統(tǒng)性能指標(biāo)1Ti此時(shí)的超調(diào)量為σ% = =（－）/＝%[()(]*0%CMAXp???圖 K= = Td= 時(shí)系統(tǒng)階躍響應(yīng)波形1Ti此時(shí)系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)已經(jīng)初步達(dá)到要求，只是還需要進(jìn)行一些調(diào)整。除具備卓越的數(shù)值計(jì)算能力外，它還提供了專(zhuān)業(yè)水平的符號(hào)計(jì)算，文字處理，可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能。 175 系統(tǒng)調(diào)試整個(gè)校正系統(tǒng)在完成之前，用 matlab 工具進(jìn)行了原系統(tǒng)和校正系統(tǒng)的仿真，一開(kāi)始選擇了錯(cuò)的方法致使校正出現(xiàn)預(yù)料外的錯(cuò)誤，最后經(jīng)過(guò)反復(fù)思考調(diào)試重新測(cè)試參數(shù)才得到了合適的參數(shù)。 197 總結(jié)體會(huì)通過(guò)這次控制系統(tǒng) PID 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定設(shè)計(jì)，我了解了 PID 調(diào)節(jié)的好處。在調(diào)試過(guò)程中，我了解了怎樣去分析，怎樣去解決。這些都提高了我對(duì)于自動(dòng)控制的愛(ài)好與興趣。這就是本次設(shè)計(jì)要完成的內(nèi)容。通過(guò)使用 matlab 的軟件工具對(duì) P,I 和 D 控制器做出仿真，然后對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析，針對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能不符合要求的現(xiàn)象進(jìn)行 PID 校正。設(shè)計(jì)中我通過(guò)翻閱相關(guān)書(shū)籍和查閱相關(guān)資料，加上老師的幫助，完成了這次的設(shè)計(jì)內(nèi)容。為今后的學(xué)習(xí)打下了好的基礎(chǔ)。 186 系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù) 系統(tǒng)功能本次設(shè)計(jì)主要是研究特定的閉環(huán)系統(tǒng)的性能參數(shù)，利用了 PID 校正的方法使得原系統(tǒng)在階躍信號(hào)作用下性能得到極大的改善，使之能同時(shí)滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)的要求，校正成為期望的系統(tǒng)。 當(dāng)前流行的 MATLAB 包(Toolbox). MATLAB 的符號(hào)計(jì)算,可視化建模仿真,包,控制工具包,信號(hào)處理工具包,通信工具包等都屬于此類(lèi)。i圖 K= = Td=35 系統(tǒng)階躍響應(yīng)波形1Ti此時(shí)的性能指標(biāo)如表 所示：上升時(shí)間 Tr 峰值時(shí)間 Tp 調(diào)整時(shí)間 Ts 波形峰值 波形穩(wěn)定值180s 210 s 450 s v v表 K= = Td=35 時(shí)系統(tǒng)性能指標(biāo)1Ti 16超調(diào)量 σ% = =（－）/＝%[()(]*10%CMAXp???參數(shù)滿(mǎn)足要求，PID 控制器此時(shí)能產(chǎn)生較大的相位超前角，能使系統(tǒng)的相位裕量有較大的增加，使系統(tǒng)超調(diào)量也減小，瞬態(tài)響應(yīng)速度變快，調(diào)整時(shí)間比原系統(tǒng)有了明顯的縮短，構(gòu)成的 PID 校正系統(tǒng)顯著的改善了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。圖 K= ＝ 時(shí)，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線圖1Ti在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，需要增加的是“微分項(xiàng)” ，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)” 。gp=tf(np,dp)。g2=tf(,[10 1])。gp=tf(np,dp)。于是我取 Kp＝ 設(shè)定 P 控制器的參數(shù)我先取 K＝，在 matlab 操作環(huán)境中鍵入以下程序即可得到 K＝ 時(shí)，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線如圖 所示：g1=tf(,[120 1])。gp=tf(np,dp)。當(dāng) K＝2 時(shí)，在 matlab 操作環(huán)境中鍵入以下程序即可得到 K＝2 時(shí)，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線如圖 所示：g1=tf(,[120 1])。 設(shè)定校正系統(tǒng)的參數(shù) 確定 Kp根據(jù)方案一的要求，先確定 Kp。 D 控制器圖 D 控制器的連接圖在 Td＝37 時(shí)，運(yùn)行此 D 控制器得的仿真波形圖如下： 9圖 D 控制器得的仿真波形圖D 控制器的特點(diǎn)是迅速并且超前。增大比例 P 將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，其作用是放大誤差的幅值，它能快速影響系統(tǒng)的控制輸出值，但僅靠比例系數(shù)的作用，系統(tǒng)不能很好地穩(wěn)定在一個(gè)理想的數(shù)值，其結(jié)果是雖較能有效地克服擾動(dòng)的景響，但有穩(wěn)態(tài)誤差出現(xiàn)，過(guò)大的比例系數(shù)還會(huì)使系數(shù)出現(xiàn)較大的超調(diào)并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變差。綜合前面所述，PID 控制器是一種有源的遲后－超前校正裝置，且在實(shí)際控制系統(tǒng)中有著最廣泛的應(yīng)用。微分增益使驅(qū)動(dòng)依賴(lài)于實(shí)測(cè)溫度的變化率，正確運(yùn)用微分增益能縮短響應(yīng)定位點(diǎn)改變或其它干擾所需的穩(wěn)定時(shí)間。在 PID 控制器中，錯(cuò)誤信號(hào)（受控系統(tǒng)期望的溫度與實(shí)際溫度之間的差值）在加到溫度控 6制電源驅(qū)動(dòng)電路之前先分別以三種方式（比例、積分和微分）被放大。與無(wú)源校正裝置相比，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、參數(shù)易于整定、應(yīng)用面廣等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的控制對(duì)象可以有精確模型，并可以是黑箱或灰箱系統(tǒng)。從圖上可以看出，由 matlab 的 step 函數(shù)繪制的系統(tǒng)單位階躍函數(shù)曲線和示波器上顯示的圖形是一樣的。[np,dp]=pade(tau1,2)。 33 單元模塊設(shè)計(jì) 對(duì)系統(tǒng)性能指標(biāo)進(jìn)行分析由設(shè)計(jì)要求可以得知，系統(tǒng)是在受到階躍信號(hào)后產(chǎn)生相應(yīng)的，由 Matlab 的 simulink 進(jìn)行了仿真圖的搭建，如圖 所示：
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