基于數(shù)字pid的電機速度控制系統(tǒng)設計_課程設計任務書(編輯修改稿)
2024-10-01 14:54 本頁面
【文章內容簡介】 7 2 PID 控制算法 比例、積分、微分控制 PID 控制器由比例單元（ P）、積分單元（ I）和微分單元（ D）組成。其輸入e(t）與輸出 u(t）的關系為 ： u(t)=kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt] 式中積分的上下限分別是 0和 t。 因此它的傳遞函數(shù)為： G(s)=U(s)/E(s)=kp[1+1/(TI*s)+TD*s] 其中 kp為比例系數(shù) ； TI 為積分時間常數(shù) ； TD 為微分時間常數(shù) 。 圖 PID控制的方塊圖 比例（ P）控制 。 比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系 統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。 積分（ I）控制 。 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（ System with Steadystate Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入 “ 積分項 ” 。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例 +積分（ PI）控制器，可以使 系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差 。 微分（ D）控制 。 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即 8 誤差的變化率）成正比關系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（ delay）組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化 “ 超前 ” ，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入 “ 比例 ” 項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是 “ 微分項 ” ，它能預測誤差變化 的趨勢，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，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例 +微分（ PD）控制器能改善系統(tǒng)在調節(jié)過程中的動態(tài)特性。 PID 控制器的參數(shù)整定 PID控制器的參數(shù)整定是 控制系統(tǒng)的 核心內容。它是根據(jù)被控過程的特性確定 PID 控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。 PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，經過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所 得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。 PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法 、反應曲線 法和衰減法。兩種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程對 經驗公式 控制器參數(shù)進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運行中進行最后調整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。 利用該方法進行 PID 控制器參數(shù)的整定步驟如下： （ 1）首先預 選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作； （ 2）僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期； （ 3）在一定的 控制度 下通過公式計算得到 PID 控制器的參數(shù)。 本設計采用經驗估計與實際調試情況相結合的方法測得本設計電機的 P、 I、D 合適的參數(shù)為 ,。 9 3 基于數(shù)字 PID 控制程序的設計 數(shù)字 PID與模擬 PID 控制 算法 模擬 PID就是在現(xiàn)場安裝的利用 DDZII 或者 DDZIII 型表再加上其他氣動儀表的模塊，對現(xiàn)場控制變量的模擬信號利用旋鈕 或撥盤對 PID 的三個值進行設定對或者手動控制輸出的系統(tǒng)，其信
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