基于matlab仿真的pid控制器設計畢業(yè)設計-資料下載頁
2025-06-23 05:43本頁面
【正文】 制理論的其它設計技術(shù)難以使用，系統(tǒng)的控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應用 PID 控制技術(shù)最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)的參數(shù)的時候，便最適合用 PID 控制技術(shù)。 比例、積分、微分1. 比例R 1R 2V iV o圖 22 比例電路12)(RViot??公式（21）)(12)(ttio?2. 積分器R 1V iV o1 / S C圖 23 積分電路 SCRSRViot 111)( ?????Viot1)( 公式（22）dtiCRVt???1)(V oR 21 / S CV I圖 24 微分電路3. 微分器SCRViot 22)(1??)(2)(ttSio (式 23)dtViCRt2)(??實際中也有 PI 和 PD 控制器。 PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差利用比例積分微分計算出控制量，控制器輸出和控制器輸入（誤差）之間的關(guān)系在時域中如公式（24 ）和（25 ）:u(t)=Kp(e(t)+Td + ) 公式（24）dte)(?dtTi(1U(s)=[ + ]E(s) 公式（25）PK?Si公式中 U(s)和 E(s)分別為 u(t)和 e(t)的拉氏變換， ， ，其pdKT?iP中 、 、 分別為控制器的比例、積分、微分系數(shù) ［14］ PKid Ｐ、Ｉ、Ｄ控制比例（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訊號成比例關(guān)系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steadystate error） 。 積分（I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差訊號的積分成正比關(guān)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” 。積分項對誤差取關(guān)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訊號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)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的組件（環(huán)節(jié)）和（或）有滯后(delay)的組件，使力圖克服誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使克服誤差的作用的變化要有些“超前” ，即在誤差接近零時，克服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，就能夠提前使克服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地沖過頭。 所以對有較大慣性和（或）滯后的被控對象，比例+微分(PD)的控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。 ［12］ 第三章 系統(tǒng)辨識 系統(tǒng)辨識(1) 所謂系統(tǒng)辨識即是在不知道系統(tǒng)轉(zhuǎn)移函數(shù)時，根據(jù)系統(tǒng)特性辨識出來。(2) 若被控對象的數(shù)學模式相當線性(linear) ，且各項參數(shù)都可知道，則可用控制理論來設計 PID 控制器的系數(shù)大小。但實際的被控對象往往是非線性系統(tǒng)，且系統(tǒng)復雜，難以精確地用數(shù)學式表達。所以工業(yè)上設計 PID 控制器時，常常使用實驗方法而較少用理論來設計。調(diào)整 PID 控制器的方法中，最有名的是 ZieglerNichols 所提出的二個調(diào)整法則。這個調(diào)整法測是基于帶有延遲的一階傳遞函數(shù)模型提出的，這種對象模型可以表示為 1)(???TsKeGL 公式（31）在實際的過程控制系統(tǒng)中，有大量的對象模型可以近似的由這樣的一階模型來表示，如果不能物理的建立起系統(tǒng)的模型，我們還可以由實驗提取相應的模型參數(shù) [5]。(3) 將大小為 1 的階躍信號加到被控對象如圖 31 所示：圖 31 將階躍信號加到被控對象 對大多數(shù)的被控對象，若輸入為階躍信號，則其輸出 c(t)大多為 S 狀曲線，如下圖 32 所示。這個 S 狀曲線稱之為過程反應曲線（ process reaction curve） 。L0 . 6 3 2 kkT ’T ”Tc ( t )圖 32 被控對象的階躍響應圖(4) 系統(tǒng)轉(zhuǎn)移函數(shù) 空調(diào)方面： 圖 33 空調(diào)系統(tǒng)示意圖圖 34 空調(diào)系統(tǒng)方塊圖由圖 33 及圖 34 可得知此系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移函數(shù)推導如下： Qco?? dtTCRS 公式（32）1??Q? 系統(tǒng)特性圖(1) 系統(tǒng)為制熱使用最大信號去控制系統(tǒng)，直到穩(wěn)定之后，也就是熱到達無法再上升時，此時系統(tǒng)特性就會出現(xiàn)，如下圖 35 所示：1 0 ℃5 0 ℃圖 35 系統(tǒng)制熱的特性圖(2) 系統(tǒng)為制冷使用最大信號去控制系統(tǒng)，直到穩(wěn)定之后，也就是冷到達無法再下降時，此時系統(tǒng)特性就會出現(xiàn)，如下圖 36 所示：1 0 ℃3 0 ℃ 1 0 ℃3 0 ℃圖 36 系統(tǒng)制冷的特性圖 系統(tǒng)辨識方法（1）一階系統(tǒng)帶有延遲特性L0 . 6 3 2 kkaT ’T ”TC ( t )圖 37 一階系統(tǒng)帶有延遲特性圖一階系統(tǒng) 加一個傳遞 來近似被控對象，則其近似轉(zhuǎn)移函數(shù)如公式 31?TsKlse?3 所示： 公式（33 ）1)(???TsKGL其中 K、T 、L 可由上圖 37 求得。K：穩(wěn)態(tài)時的大小。T:時間常數(shù)?！ⅲ合到y(tǒng)越大，時間常數(shù)越大。L：延遲時間。此切線為最大斜率(2) K、T、L 的求法：K：如上圖 所示，K 值相當于 C(t)在穩(wěn)態(tài)時的大小。T 與 L：求 T 及 L 必須在 S 形狀曲線劃一條切線(最大斜率)，畫出切線之后，T 及 L 值可以直接從圖上得知。T 及 L 值與 C(t)及切線的關(guān)系如上圖 37 所示。如需要全文可聯(lián)系 Q Q 2537024709（定做各專業(yè)論文
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