基于數(shù)字pid的電機(jī)速度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)_課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)(編輯修改稿)
2024-10-01 14:54 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(guān)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(shí)間常數(shù) ； TD 為微分時(shí)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(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)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(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)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(xiàng) ” 。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。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(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)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(hào)的微分（即 8 誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)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(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，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，而目前需要增加的是 “ 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)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例 +微分（ PD）控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)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(nèi)容。它是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定 PID 控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。 PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所 得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)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(yīng)曲線 法和衰減法。兩種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程對(duì) 經(jīng)驗(yàn)公式 控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。 利用該方法進(jìn)行 PID 控制器參數(shù)的整定步驟如下： （ 1）首先預(yù) 選擇一個(gè)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(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)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(guò)公式計(jì)算得到 PID 控制器的參數(shù)。 本設(shè)計(jì)采用經(jīng)驗(yàn)估計(jì)與實(shí)際調(diào)試情況相結(jié)合的方法測(cè)得本設(shè)計(jì)電機(jī)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(shè)計(jì) 數(shù)字 PID與模擬 PID 控制 算法 模擬 PID就是在現(xiàn)場(chǎng)安裝的利用 DDZII 或者 DDZIII 型表再加上其他氣動(dòng)儀表的模塊，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制變量的模擬信號(hào)利用旋鈕 或撥盤(pán)對(duì) PID 的三個(gè)值進(jìn)行設(shè)定對(duì)或者手動(dòng)控制輸出的系統(tǒng)，其信
環(huán)評(píng)公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1