pid控制器參數(shù)整定設(shè)計方案(參考版)
2025-04-25 22:01本頁面
【正文】 這就是本次設(shè)計要完成的內(nèi)容。通過使用 matlab 的軟件工具對 P,I 和 D 控制器做出仿真，然后對系統(tǒng)的性能進行分析，針對系統(tǒng)的動態(tài)性能不符合要求的現(xiàn)象進行 PID 校正。這些都提高了我對于自動控制的愛好與興趣。設(shè)計中我通過翻閱相關(guān)書籍和查閱相關(guān)資料，加上老師的幫助，完成了這次的設(shè)計內(nèi)容。在調(diào)試過程中，我了解了怎樣去分析，怎樣去解決。為今后的學(xué)習(xí)打下了好的基礎(chǔ)。 197 總結(jié)體會通過這次控制系統(tǒng) PID 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定設(shè)計，我了解了 PID 調(diào)節(jié)的好處。 186 系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù) 系統(tǒng)功能本次設(shè)計主要是研究特定的閉環(huán)系統(tǒng)的性能參數(shù)，利用了 PID 校正的方法使得原系統(tǒng)在階躍信號作用下性能得到極大的改善，使之能同時滿足動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)的要求，校正成為期望的系統(tǒng)。 175 系統(tǒng)調(diào)試整個校正系統(tǒng)在完成之前，用 matlab 工具進行了原系統(tǒng)和校正系統(tǒng)的仿真，一開始選擇了錯的方法致使校正出現(xiàn)預(yù)料外的錯誤，最后經(jīng)過反復(fù)思考調(diào)試重新測試參數(shù)才得到了合適的參數(shù)。 當(dāng)前流行的 MATLAB 包(Toolbox). MATLAB 的符號計算,可視化建模仿真,包,控制工具包,信號處理工具包,通信工具包等都屬于此類。除具備卓越的數(shù)值計算能力外，它還提供了專業(yè)水平的符號計算，文字處理，可視化建模仿真和實時控制等功能。i圖 K= = Td=35 系統(tǒng)階躍響應(yīng)波形1Ti此時的性能指標(biāo)如表 所示：上升時間 Tr 峰值時間 Tp 調(diào)整時間 Ts 波形峰值 波形穩(wěn)定值180s 210 s 450 s v v表 K= = Td=35 時系統(tǒng)性能指標(biāo)1Ti 16超調(diào)量 σ% = =（－）/＝%[()(]*10%CMAXp???參數(shù)滿足要求，PID 控制器此時能產(chǎn)生較大的相位超前角，能使系統(tǒng)的相位裕量有較大的增加，使系統(tǒng)超調(diào)量也減小，瞬態(tài)響應(yīng)速度變快，調(diào)整時間比原系統(tǒng)有了明顯的縮短，構(gòu)成的 PID 校正系統(tǒng)顯著的改善了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。 設(shè)定 PID 控制器的參數(shù)參照表 我取 PID 的三個參數(shù)值為 K=, =, Td=，此時系統(tǒng)的1Ti輸出波形為圖 所示此時可以算出，系統(tǒng)的性能指標(biāo)如下表 ：上升時間 Tr 峰值時間 Tp 調(diào)整時間 Ts 波形峰值 波形穩(wěn)定值156 s 210 s 700 s v v 15表 K= = Td= 時系統(tǒng)性能指標(biāo)1Ti此時的超調(diào)量為σ% = =（－）/＝%[()(]*0%CMAXp???圖 K= = Td= 時系統(tǒng)階躍響應(yīng)波形1Ti此時系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)已經(jīng)初步達到要求，只是還需要進行一些調(diào)整。圖 K= ＝ 時，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線圖1Ti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，需要增加的是“微分項” ，它能預(yù)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)。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 14步減小，直到等于零。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項” 。close=g/(1+g*g2)Step(close) 由圖可知，系統(tǒng)穩(wěn)定是個很慢的過程，并且穩(wěn)定時的值很大，超調(diào)量也不合要求。gp=tf(np,dp)。tau1=80。g2=tf(,[10 1])。close=g/(1+g*g2) 由圖可知，K＝ 時，系統(tǒng)的性能指標(biāo)如下表：上升時間 Tr 峰值時間 Tp 調(diào)整時間 Ts 波形峰值 波形穩(wěn)定值142 s 210 s 600 s v v表 K= 時系統(tǒng)性能指標(biāo)超調(diào)量 σ% = =（－）/＝%[()(]*10%CMAXp??? 13圖 K＝ 時系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線圖 由系統(tǒng)的性能指標(biāo)可知，當(dāng) K＝ 時，系統(tǒng)的超調(diào)量仍然偏大，所以需要引入 PI 控制器進行調(diào)節(jié)。gp=tf(np,dp)。tau1=80。于是我取 Kp＝ 設(shè)定 P 控制器的參數(shù)我先取 K＝，在 matlab 操作環(huán)境中鍵入以下程序即可得到 K＝ 時，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線如圖 所示：g1=tf(,[120 1])。close=g/(1+g*g2)；Step(close) 由圖可知，Kp＝2 時，系統(tǒng)的性能指標(biāo)如下表：上升時間 Tr 峰值時間 Tp 調(diào)整時間 Ts 波形峰值 波形穩(wěn)定值127 s 191s 1500 s v v表 Kp =2 時，系統(tǒng)的性能指標(biāo)超調(diào)量 σ% = =（－）/＝%[()(]*10%CMAXp??? 11圖 Kp =2 時系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線由性能指標(biāo)可以知道，當(dāng) Kp＝2 時，系統(tǒng)的超調(diào)量過大，系統(tǒng)的被控制量會產(chǎn)生過大的動態(tài)降落，并且系統(tǒng)的調(diào)整時間過長，所以不滿足條件。gp=tf(np,dp)。tau1=80。當(dāng) K＝2 時，在 matlab 操作環(huán)境中鍵入以下程序即可得到 K＝2 時，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線如圖 所示：g1=tf(,[120 1])。由 0 逐漸加大比例增益 P，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩時確定下 Kp 的值。 設(shè)定校正系統(tǒng)的參數(shù) 確定 Kp根據(jù)方案一的要求，先確定 Kp。微分項能預(yù)測誤差變化的趨勢，從面做到提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從面避免了被害人控量的嚴(yán)重超調(diào)，改善了系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。 D 控制器圖 D 控制器的連接圖在 Td＝37 時，運行此 D 控制器得的仿真波形圖如下： 9圖 D 控制器得的仿真波形圖D 控制器的特點是迅速并且超前。對于一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差勁，則稱這個控制系統(tǒng)為有差系統(tǒng)，為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入積分項。增大比例 P 將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，其作用是放大誤差的幅值，它能快速影響系統(tǒng)的控制輸出值，但僅靠比例系數(shù)的作用，系統(tǒng)不能很好地穩(wěn)定在一個理想的數(shù)值，其結(jié)果是雖較能有效地克服擾動的景響，但有穩(wěn)態(tài)誤差出現(xiàn)，過大的比例系數(shù)還會使系數(shù)出現(xiàn)較大的超調(diào)并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變差。若系統(tǒng)模塊未知或不準(zhǔn)確，則可后述方法進行設(shè)計。綜合前面所述
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