【文章內(nèi)容簡介】 間。 PID控制的特殊情況： Kd=Ki=0 P控制 Kd=0 PI控制 Ki=0 PD控制 PID控制器設(shè)計(jì)的根本任務(wù)是選擇適當(dāng)?shù)娜齻€(gè)參數(shù) Kp， Ki， Kd，有實(shí)驗(yàn)法和解析法兩類方法，這次設(shè)計(jì) ，我采用串級(jí)控制 ， 參數(shù)整定采用實(shí)驗(yàn)法。 1 內(nèi) 環(huán)設(shè)計(jì) 內(nèi) 環(huán)選用 PI控制器，為確定 Kp,Ki,參數(shù)最佳，選擇用 MATLAB編程 10 實(shí)現(xiàn)，再用 MATLABSIMULINK建模與仿真檢驗(yàn)。 syms Kp gp=tf([],[ ])。%電機(jī)傳遞函數(shù) for Kp=[30:5:50]。 g1=Kp*gp。 w1=feedback(g1,1)。 step(w1) hold on end 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 100 . 20 . 40 . 60 . 811 . 21 . 4S t e p R e s p o n s eT im e ( s e c )Amplitude 圖 1 內(nèi)環(huán)系統(tǒng) Kp調(diào)節(jié)圖 從上圖所示，隨著 Kp的增大超調(diào)量變大，響應(yīng)也越來越快，但系統(tǒng)的振蕩也越來越厲害，選擇 Kp=45較為合適。 固定 Kp=45,Ki 用 MATLABSIMULINK 建模與仿真比較試驗(yàn) : syms Ki Kp=45。 gp=tf([],[ ])。%電機(jī)傳遞函數(shù) g1=tf([1],[1 0])。 for Ki=[40:2:50]。 11 g2=(Kp+Ki*g1)*gp。 w2=feedback(g2,1)。 step(w2) hold on end 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 500 . 20 . 40 . 60 . 811 . 21 . 4S t e p R e s p o n s eT i m e ( s e c )Amplitude 圖 2 內(nèi)環(huán)系統(tǒng) Ki調(diào)節(jié)圖 從上圖所示，隨著 Ki 的增大超調(diào)量變大，響應(yīng)加快，但系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差也越來越大，選擇 Ki=48 較為合適。 最終確定 內(nèi) 環(huán) PI 控制參數(shù)為 Kp=45,Ki=48； 整個(gè) 內(nèi) 環(huán)設(shè)計(jì)中參數(shù)滿足單位階躍響應(yīng)時(shí)系統(tǒng)超調(diào)量少于 5%，穩(wěn)態(tài)誤差等于 1%，調(diào)整時(shí)間接近于 2，所以需要加 外 環(huán)來輔助控制，以 更加至于滿足系統(tǒng)性能要求，使系統(tǒng)更優(yōu)美。 再使用 MATLABSIMULINK 建模仿真 : 12 圖 3 內(nèi)環(huán)系統(tǒng)仿真圖 響應(yīng)結(jié)果為： 圖 4 內(nèi)環(huán)系統(tǒng) 階躍仿真圖 超調(diào)量小于 5%，響應(yīng)時(shí)間小于 2 秒，系統(tǒng)穩(wěn)定。 進(jìn) 一步用 MATLAB 分析： gp=tf([],[ ])。%電機(jī)傳遞函數(shù) pi=tf([45 48],[1 0])。 g0=gp*pi。 g1=feedback(g0,1)。 step(g1) 13 S t e p R e s p o n s eT im e ( s e c )Amplitude0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 500 . 20 . 40 . 60 . 811 . 21 . 4S y s t e m : g 1S e t t lin g T im e ( s e c ) : 1 . 7 1S y s t e m : g 1P e a k a m p lit u d e : 1 . 0 4O v e r s h o o t ( % ) : 3 . 8 1A t t im e ( s e c ) : 0 . 3 9 9 圖 5 內(nèi)環(huán) 設(shè)計(jì)階躍響應(yīng) 圖 B o d e D ia g r a mF r e q u e n c y ( r a d / s e c ) 8 0 6 0 4 0 2 002040S y s t e m : g 0F r e q u e n c y ( r a d / s e c ) : 6 . 9 8M a g n it u d e ( d B ) : 0 . 2 1 5S y s t e m : g 0P e a k g a in ( d B ) : 2 8 7A t f r e q u e n c y ( r a d / s e c ) : 2 . 1 3 e 0 1 4Magnitude (dB)101100101102103 1 8 0 1 3 5 9 0 4 5Phase (deg)S y s t e m : g 0P h a s e M a r g in ( d e g ) : 6 1 . 7D e la y M a r g in ( s e c ) : 0 . 1 5 1A t f r e q u e n c y ( r a d / s e c ) : 7 . 1 3C lo s e d L o o p S t a b le ? Y e s 圖 6 內(nèi)環(huán) 設(shè)計(jì) Bode 圖 2 外 環(huán)設(shè)計(jì) 外環(huán)選用 PID控制器，為確定 Kp,Ki,Kd,參數(shù)最佳，選擇用 MATLAB編程實(shí)現(xiàn)，再用 MATLABSIMULINK建模與仿真檢驗(yàn)。 syms Kp g1=tf([ ],[ ])。%內(nèi)環(huán)設(shè)計(jì)傳遞 14 函數(shù) g2=tf(1,[1,0])。 gs=tf([5400],[1 ]) 。%被控對(duì)象傳遞函數(shù) for Kp=[::1]。 g3=Kp*g1*g2*gs。 w1=feedback(g3,1)。 step(w1) hold on end 0 5 10 15 20 2500 . 20 . 40 . 60 . 811 . 21 . 4S t e p R e s p o n s eT im e ( s e c )Amplitude 圖 7 外 環(huán)系統(tǒng) Kp調(diào)節(jié)圖 從上圖所示，隨著 Kp的增大超調(diào)量變大，響應(yīng)也越來越快，但系統(tǒng)的振蕩也越來越厲害， 故系統(tǒng)取 Kp=～ ，選擇Kd=。 15 固定 Kp=,Ki 用 MATLABSIMULINK 建模與仿真比較試驗(yàn) : syms Ki g1=tf([ ],[ ])。%內(nèi)環(huán)設(shè)計(jì)傳遞函數(shù) g2=tf(1,[1,0])。 gs=tf([5400],[1 ]) 。%被控對(duì)象傳遞函數(shù) for Ki=[::]。 p1=tf([ Ki],[1 0])。 g3=p1*g1*g2*gs。 w2=feedback(g3,1)。 step(w2) hold on end 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 600 . 20 . 40 . 60 . 811 . 21 . 4S t e p R e s p o n s eT i m e ( s e c )Amplitude 圖 8 外 環(huán)系統(tǒng) Ki調(diào)節(jié)圖 從上圖所示，隨著 Ki的增大超調(diào)量變大，響應(yīng)也越來越快，但系 16 統(tǒng)的振蕩也越來越厲害， 故系統(tǒng)取 Ki=～ ，選擇 Ki=。 固定 Kp=,Ki=， Kd 用 MATLABSIMULINK 建模與仿真比較試驗(yàn) : syms Kd g1=tf([ ],[ ])。%內(nèi)環(huán)設(shè)計(jì)傳遞函數(shù) g2=tf(1,[1,0])。 gs=tf([5400],[1 ]) 。%被控對(duì)象傳遞函數(shù) for Kd=[::]。 p1=tf([Kd ],[1 0])。 g3=p1*g1*g2*gs。 w3=feedback(g3,1) step(w3) hold on end 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 500 . 20 . 40 . 60 . 811 . 21