控制系統(tǒng)仿真課程設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-12 06:15 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 觀察到優(yōu)化后的 PID 控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 控制系統(tǒng)仿真課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 7 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。三種 方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)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。 通過(guò)一系列的計(jì)算與試湊，最終得到 PID 調(diào)節(jié)器的參數(shù)為 kp=， ki=， kd=。 經(jīng)典 PID 控制器仿真結(jié)果 按照?qǐng)D SIMULINK 模塊 ,并將得到的 PID 參數(shù)帶入，得到如下結(jié)果： 圖 PID調(diào)節(jié)器時(shí)仿真波形 在進(jìn)行 PID 參數(shù)的的整定時(shí)，為了顯示不同參數(shù)對(duì)控制效果的影響，特選取下述三條曲線進(jìn)行比較： 圖 經(jīng)典 PID 控制器仿真模塊圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 控制系統(tǒng)仿真課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 8 曲線 1： kp= ki=0 kd= 控制效果差 曲線 2： kp= ki= kd=0 控制效果差 曲線 3： kp= ki= kd= 控制效果較好 smithpid 控制器設(shè)計(jì) 史密斯預(yù)估補(bǔ)償?shù)幕究刂撇呗允窃煲粋€(gè)過(guò)程參考模型 , 將延遲環(huán)節(jié) e^τ s 移出系統(tǒng)閉環(huán) , 使系統(tǒng)反饋信號(hào)不受 e^τ s 的影響 , 使系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)、穩(wěn)定性等得到相應(yīng)改善 , 系統(tǒng)響應(yīng)速度提高 , 適應(yīng)性強(qiáng)。 圖 在 SIMULINK 中我們可搭建下圖所示模塊進(jìn)行對(duì)史密斯預(yù)估控制的仿真： 圖 PID調(diào)節(jié)器時(shí)仿真波形 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 控制系統(tǒng)仿真課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 9 smithpid 控制器仿真結(jié)果 按照?qǐng)D SIMULINK 模塊 ,將得到的 PID 參數(shù)帶入，并與經(jīng)典 PID 控制進(jìn)行比較，得到如下結(jié)果： 圖 smithpid 控制器模塊圖 圖 smithpid 控制器仿真圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 控制系統(tǒng)仿真課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 10 第四章 結(jié) 論 通過(guò)對(duì)各種情況下的仿真圖形進(jìn)行比較，我們可得以下結(jié)論： 對(duì)控制系統(tǒng)中含有純滯后的環(huán)節(jié)采用史密斯預(yù)估補(bǔ)償器法是一種在工程上行之有效的方法之一，史密斯預(yù)估補(bǔ)償控制與常規(guī) 的 PID 控制相 比 , 具有調(diào)節(jié)時(shí)間短、超調(diào)量小、魯棒性好等優(yōu)點(diǎn) . 但是前提是得獲得被控系統(tǒng)精確的控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型 , 它對(duì)模型的誤差十分敏感 , 因而限制了它在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用。 通過(guò) MATLAB 的 SIMULINK 仿真環(huán)境 , 可以很好的對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真 , 這大大縮短了模擬試驗(yàn)的時(shí)間 , 同時(shí)在實(shí)際工業(yè)控制中也提供了一種快捷簡(jiǎn)便的調(diào)整控制器參數(shù)的方法 , 可以根據(jù)不同的系統(tǒng)、不同的環(huán)境對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真 , 以獲取系統(tǒng)最適合的參數(shù) , 從而提高系統(tǒng)控制器參數(shù)整定的效率。 與此同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，經(jīng)典 PID 的參數(shù)調(diào)節(jié)以及仿真后波形 分析亦是同樣重要的，如若沒(méi)有堅(jiān)實(shí)的理論研究及實(shí)際操作，想要獲得最佳的控制效果是十分困難的。 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 控制系統(tǒng)仿真課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 11 第五章 體會(huì)與心得 通過(guò)本次計(jì)算機(jī) 課程 設(shè)計(jì) ， 我更加充分的理解了課本上的知識(shí)，并能夠加以擴(kuò)展，從而應(yīng)用于實(shí)踐當(dāng)中 。 這幾天的課程設(shè)計(jì)令我受益匪淺，很多平時(shí)模棱兩可的知識(shí)點(diǎn)都認(rèn)真復(fù)習(xí)并實(shí)踐了 。 在課程設(shè)計(jì)中我遇到了很多問(wèn)題，由于自己對(duì) PID 參數(shù)的整定以及史密斯預(yù)估算法有許多不明白的地方，所以我在網(wǎng)上查閱了很多資料，對(duì)這種史密斯預(yù)估控制有了一個(gè)全面的概念，史密斯預(yù)估控制是一種十分巧妙的方法，把反饋信號(hào)從 滯后環(huán)節(jié)之前引出，從而消除了滯后環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，但是史密斯預(yù)估控制有很多缺陷，無(wú)法在模擬儀表上實(shí)現(xiàn)，以及在被控對(duì)象模型不精確時(shí)活著有負(fù)荷擾動(dòng)，控制精度比較低，這些都留給我們以后進(jìn)一步
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