基于matlab仿真的pid控制器設(shè)計畢業(yè)設(shè)計(參考版)
2025-06-26 05:43本頁面
【正文】 T 及 L 值與 C(t)及切線的關(guān)系如上圖 37 所示。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(dāng)于 C(t)在穩(wěn)態(tài)時的大小?！ⅲ合到y(tǒng)越大，時間常數(shù)越大。K：穩(wěn)態(tài)時的大小。這個 S 狀曲線稱之為過程反應(yīng)曲線（ process reaction curve） 。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(shí)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(shí)驗(yàn)提取相應(yīng)的模型參數(shù) [5]。所以工業(yè)上設(shè)計 PID 控制器時，常常使用實(shí)驗(yàn)方法而較少用理論來設(shè)計。(2) 若被控對象的數(shù)學(xué)模式相當(dāng)線性(linear) ，且各項(xiàng)參數(shù)都可知道，則可用控制理論來設(shè)計 PID 控制器的系數(shù)大小。 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。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(yīng)該是零。 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)。 因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。積分項(xiàng)對誤差取關(guān)于時間的積分，隨著時間的增加，積分項(xiàng)會增大。 對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)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） 。當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steadystate error） 。 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。即當(dāng)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)。PID 控制器問世至今已有近 60 年的歷史了，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制主要和可靠的技術(shù)工具。反饋控制系統(tǒng)方塊圖一般如圖 21 所示： 比較組件 控制器 被控對象感測與轉(zhuǎn)換圖 21 反饋控制系統(tǒng)方塊圖 PID 控制將感測與轉(zhuǎn)換器輸出的訊號與設(shè)定值做比較，用輸出信號源(210v 或 420mA)去控制最終控制組件。連續(xù)控制系統(tǒng)的輸出量對系統(tǒng)的控制作用沒有任何影響，也就是說，控制端與控制對象為單向作用，這樣的系統(tǒng)亦稱開回路系統(tǒng)。其仿真結(jié)果是否可用，取決于數(shù)學(xué)模型正確與否，因此要注意模型的合理及輸入系統(tǒng)的參數(shù)值要準(zhǔn)確。本論文設(shè)計中 PID 參數(shù)的整定用到的是 Mat lab 中的 SIMULINK,它是一個強(qiáng)大的軟件包 ，在液壓系統(tǒng)仿真中只需要做數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo)工作。在此環(huán)境下所解問題的 Mat lab 語言表述形式和其數(shù)學(xué)表達(dá)形式相同，不需要按傳統(tǒng)的方法編程并能夠進(jìn)行高效率和富有創(chuàng)造性的計算，同時提供了與其它高級語言的接口，是科學(xué)研究和工程應(yīng)用必備的工具。 ［4］Matrix Laboratory(縮寫為 Mat lab)軟件包，是一種功能強(qiáng)、效率高、便于進(jìn)行科學(xué)和工程計算的交互式軟件包。②對于多入多出被控對象，需要研究針對具有顯著耦合的多變量過程的多變量 PID 參數(shù)整定方法，進(jìn)一步完善分散繼電反饋方法，盡可能減少所需先驗(yàn)信息量，使其易于在線整定。從目前 PID 參數(shù)整定方法的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀來看，以下幾個方面將是今后一段時間內(nèi)研究和實(shí)踐的重點(diǎn)。一個好的整定方法應(yīng)該基于合理地考慮以下特性的折衷：負(fù)載干擾衰減，測量噪聲效果，過程變化的魯棒性，設(shè)定值變化的響應(yīng)，所需模型，、直觀、易用的方法，它們需要較少的信息，并能夠給出合適的性能。為了滿足不同系統(tǒng)的要求，針對多變量和非線形的系統(tǒng)還分別采用了多變量 PID 參數(shù)整定方法和非線性 PID 參數(shù)整定方法。 ［4］在基于模型的自整定方法中，可以通過暫態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)、參數(shù)估計及頻率響應(yīng)實(shí)驗(yàn)來獲得過程模型。 ［4］自適應(yīng)技術(shù)中最主要的是自整定。目前，在眾多的整定方法中，主要有兩種方法在實(shí)際工業(yè)過程中應(yīng)用較好，一種是由福克斯波羅（Foxboro）公司推出的基于模式識別的參數(shù)整定方法（基于規(guī)則） ，另一種是基于繼電反饋的參數(shù)整定方法（基于模型）.前者主要應(yīng)用于 Foxboro的單回路 EXACT 控制器及其分散控制系統(tǒng) I/A Series 的 PIDE 功能塊，其原理基于 Bristol 在模式識別方面的早期工作 ［11］ 。他認(rèn)為自整定控制器和自適應(yīng)控制器能視為一個有經(jīng)驗(yàn)的儀表工程師的整定經(jīng)驗(yàn)的自動化，在文［3］中繼續(xù)闡述了這種思想,認(rèn)為自整定調(diào)節(jié)器包含從實(shí)驗(yàn)中提取過程動態(tài)特性的方法及控制設(shè)計方法，并可能決定何時使用 PI 或 PID 控制，即自整定調(diào)節(jié)器應(yīng)具有推理能力。自 Ziegler 和 Nichols 提出 PID 參數(shù)整定方法起，有許多技術(shù)已經(jīng)被用于PID ，可分為常規(guī) PID 參數(shù)整定方法及智能 PID 參數(shù)整定方法；按照被控對象個數(shù)來劃分，可分為單變量 PID參數(shù)整定方法及多變量 PID 參數(shù)整定方法，前者包括現(xiàn)有大多數(shù)整定方法，后者是最近研究的熱點(diǎn)及難點(diǎn)；按控制量的組合形式來劃分，可分為線性 PID 參數(shù)整定方法及非線性 PID 參數(shù)整定方法，前者用于經(jīng)典 PID 調(diào)節(jié)器，后者用于由非線性跟蹤 微分器和非線性組合方式生成的非線性 PID 控制器。 雖然有這些缺點(diǎn)，PID 控制器是最簡單的有時卻是最好的控制器。 但仍不可否認(rèn) PID 也有其固有的缺點(diǎn)： PID 在控制非線性、時變、耦合及參數(shù)和結(jié)構(gòu)不確定的復(fù)雜過程時，工作地不是太好。 因此，許多自身整定參數(shù)的 PID 控制器經(jīng)常工作在自動整定模式而不是連續(xù)的自身整定模式。 如果自整定是基于控制律的，經(jīng)常難以把由負(fù)載干擾引起的影響和過程動態(tài)特性變化引起的影響
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