基于matlab仿真的pid控制研究(編輯修改稿)
2025-07-24 18:05 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 情況下的控制效果。由于在實際生產(chǎn)過程的控制中，用模型表示被控對象時往往存在一定誤差，且參數(shù)也不可能是固定不變的。在已確定控制器最優(yōu)PID調(diào)節(jié)參數(shù)下，仿真驗證對象模型的3個參數(shù)（）中某一個參數(shù)變化（不超過原值的）時，系統(tǒng)出現(xiàn)模型失配時控制效果的改變并分析原因；（3） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)非線性對PID控制器控制效果的分析研究。在控制器輸出后加入非線性環(huán)節(jié)（如飽和非線性、死區(qū)非線性等），從仿真結(jié)果分析、討論執(zhí)行機(jī)構(gòu)的非線性對控制效果的影響。（4） 待系統(tǒng)穩(wěn)定后，給系統(tǒng)施加小的擾動信號，觀察此時系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，分析對不同的擾動信號類型（如脈沖信號、階躍）和不同的信號作用位置（如在系統(tǒng)的測量輸出端或控制器輸出后位置）情況下，系統(tǒng)是否仍然穩(wěn)定，并與無擾動情況下的響應(yīng)曲線進(jìn)行比較。 方案論證PID參數(shù)的選定對控制系統(tǒng)能否得到好的控制效果是至關(guān)重要的，PID參數(shù)的整定方法有很多種，可采用理論整定法（如ZN法）或者實驗確定法（比如擴(kuò)充臨界比例度法、試湊法等），也可采用如模糊自適應(yīng)參數(shù)整定、遺傳算法參數(shù)整定等新型的PID參數(shù)整定方法。 ZN經(jīng)驗公式法從對象的開環(huán)響應(yīng)曲線來看,大多數(shù)工業(yè)過程都能用一階慣性加純滯后模型來近似描述?；谶@一點,最小模型假設(shè)工業(yè)對象模型的傳遞函數(shù)為:，其中K、分別為對象模型的開環(huán)增益、純滯后時間常數(shù)和慣性時間常數(shù)。 ZN臨界比例度法同ZN經(jīng)驗法不同,該法不依賴于對象的數(shù)學(xué)模型參數(shù),而是總結(jié)了前人理論和實踐的經(jīng)驗,通過實驗由經(jīng)驗公式得到PID控制器的最優(yōu)整定參數(shù)。它用來確定被控對象的動態(tài)特性的參數(shù)有兩個:臨界增益Kk和臨界振蕩周期Tk。臨界比例度法是在閉環(huán)的情況下,將PID控制器的積分和微分作用先去掉,僅留下比例作用,然后在系統(tǒng)中加入一個擾動,如果系統(tǒng)響應(yīng)是衰減的,則需要增大控制器的比例增益K:重做實驗,相反如果系統(tǒng)響應(yīng)的振蕩幅度不斷增大,則需要減小K,。實驗的最終目的,是要使閉環(huán)系統(tǒng)做臨界等幅周期振蕩,此時的比例增益K,就被稱為臨界增益。而此時系統(tǒng)的振蕩周期被稱為臨界振蕩周期。臨界比例度法就是由經(jīng)驗公式求出P、PI和PID這三種控制器的參數(shù)整定值。ZN臨界比例度法的缺陷雖然ZN臨界比例度法非常簡單,并且也曾在工程上得到廣泛應(yīng)用,但是該法存在著以下一些不足：(a)通常,為了獲得Kp和Tk要進(jìn)行多次實驗,這是比較費時的,特別是對具有大時間常數(shù)的慢系統(tǒng)而言。(b)由于現(xiàn)場實驗中存在著不確定的影響會給實驗數(shù)據(jù)帶來一定甚至關(guān)鍵的噪聲,因而會對最終的控制品質(zhì)但來很大的影響。(c)當(dāng)?shù)确袷幍姆岛苄r,如果系統(tǒng)內(nèi)部存在滯環(huán)或者較大的閥門摩擦阻力,就容易產(chǎn)生“有限環(huán)”。相反,如控制系統(tǒng)的某個元素飽和了,則有可能出現(xiàn)大振幅的持續(xù)等幅振蕩。這兩種情況都很容易讓人以為是達(dá)到了臨界振蕩,給PID控制器參數(shù)的整定帶來大誤差。(d)對不允許做臨界振蕩實驗的系統(tǒng),該法不能得到運用。在很多工業(yè)過程中,不允許系統(tǒng)出現(xiàn)臨界周期振蕩的情況,一旦出現(xiàn)這種現(xiàn)象,就可能會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的崩潰。 本設(shè)計采用臨界比例擴(kuò)充法以及結(jié)合試湊法來實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。四、基于MATLAB下的系統(tǒng)模型搭建PID參數(shù)整定控制器的控制
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