【正文】 E% amp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE% amp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 QA9wkxFyeQ^! djsXuyUP2kNXpRWXm Aamp。 內(nèi)部資料 請勿外傳 9JWKf wvGt YM*Jgamp。MATLAB。The system of continuous current motor velocity modulation。 由于本 人 理論水平比較有限，論文中的有些觀點以及對 相關(guān)理論 的歸納和闡述難免有疏漏和不足的地方，歡迎老師們指正 ！ 18 第 1頁 參考文獻(xiàn) [1]康凱 .基于 MATLAB 的數(shù)字 PID 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的實現(xiàn) [N], 電腦知識與技術(shù)， [2]劉文定 ,王東林 .過程控制系統(tǒng)的 MATLAB 仿真 [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社， [3]李元春 .計算機(jī)控制系統(tǒng) [M].北京 :高等教育出版社， [4]張靜 .MATLAB 在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 [M].北京 :電子工業(yè)出版社， [5]朱世釗 .電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的最優(yōu) PID 控制參數(shù)方法 [J].桂林電子科技大學(xué)學(xué)報， [6]謝芳 ,楊紅果 .數(shù)字 PID 改進(jìn)算法的分析與實現(xiàn) [J].焦作師范?？茖W(xué)校學(xué)報， According to the realize of MATLAB figure PID continuous current dynamo velocity modulation system Abstract： This text mainly studied the design method of the controller of routine PID of the mathematical models, the continuous current motor velocity modulation system operate priniple, dynamo velocity modulation system of continuous current dynamo and the routine control of its parameter MATLAB to imitate the parameter of true PID controller39。 雖然這次畢業(yè) 論文（ 設(shè)計 ） 已經(jīng)結(jié)束了，可這次的經(jīng)歷卻是我永生難忘的。雖說在繁忙的工作之余要完成這樣一篇論文的確不是一件很輕松的事情，但我內(nèi)心深處卻滿含深深的感激之情。正是因為 老師 的指導(dǎo)，審稿，校正，我才能夠在短時間內(nèi)順利的完成初稿部分。不僅使我樹立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。 17 第 1頁 致 謝 本論文是在 老師 的悉心指導(dǎo)下完成的。針對流程的每個階段，給 出了直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型的確定方法， PID 參數(shù)的整定方法 ，離散化 PID 算法。)。ylabel(39。time(s)39。)。,time,yout,39。 end figure(1) plot(time,rin,39。 error_2=error_1。 x(2)=error2*error_1+error_2。y_1=yout(k)。 y_3=y_2。u_2=u_1。 error=rin(k)yout(k)。 end if u(k)=10 u(k)=10。 u(k)=u_1+du(k)。 15 第 1頁 kd=。 kp=。 for k=1:1:1000 time(k)=k*ts。 error_1=0。y_3=0。 y_1=0。u_2=。)。 [num,den]=tfdata(dsys,39。z39。%采樣周期 sys=tf(,[,1])。 clear all。 8 數(shù)字 PID 的仿真 還以上述中的電機(jī)為例。 另外，采樣周期的選擇還應(yīng)考慮被控對象的特性，即時間常數(shù) T和純 滯后時間 t 當(dāng)純滯后時間 t=0或 t＜ 時可選 Ts=～ ；當(dāng) t＞ 時，可選 T≈ t。但采樣周期越短，對計算機(jī)的運(yùn)算速度和存儲容量要求越高。 在數(shù)字式 PID 控制算法的使用過程中，必須考慮采樣周期 Ts 對系統(tǒng)的影響。系統(tǒng)的控制度與采樣周期 Ts 有關(guān)，此外，控制度還與被控對象的時間常數(shù)、時滯有關(guān)?？刂贫榷x為： ? ?? ?2020m i nm i nm i nm i nD D C D D CA N AA N Ae dtISEISEe dt??????????????????控 制 度 (24) 式中 DDC直接數(shù)字控制； ANA模擬連續(xù)控制； min(ISE)最小平方誤差積分指標(biāo)。 3) 數(shù)字控制器采用采樣控制，引入采樣周期，即引入一個純時滯為 Ts/2 滯后環(huán)節(jié)，使 14 第 1頁 控制系統(tǒng)品質(zhì)變差。 數(shù)字式 PID 控制算法的特點 與模擬 PID 控制算法相比較數(shù)字控制算法具有下列特點： 1) P、 I， D三種控制作用是獨立的，沒有控制器參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)。 2)對于位置算法，需增加一些必要措施來解決手動 /自動切換和積分飽和等問題。其遞推+ r(t) e(t) Δ u c(t) PID 增量算法 步進(jìn)電機(jī) 被控對象 圖 10增量型控制示意圖 + r(t) e(t) u c(t) PID 位置算法 調(diào)節(jié)閥 被控對象 圖 9 位置型控制示意圖 12 第 1頁 公式為： ? ? ? ?sutvt T?? (20) (21) 數(shù)字 PID 程序流程圖 對于增量式 PID 記其控制算式為 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1 1 2 1 2p I Du k u k u k K e k e k K e k K e k e k e k? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? (22) 其程序流程圖為圖 11所示： 圖 11 增量式 PID流程圖 對于位置式 PID 每次輸出均與過去的狀態(tài)有關(guān)，要進(jìn)行 e(k)累加計算如果直接按照公式(17)計算要用到較多的存儲單元。根據(jù)遞推原理可得： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?101 1 2kp I dju k K e k K e j K e k e k??? ? ? ? ? ? ?????? (18) 用式 (17)減去式 (18)，可得： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1 1 2 1 2p i du k u k K e k e k K e k K e k e k e k? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? (19) 式 (19)稱為增量式 PID 控制算法。增量式 PID 控制系統(tǒng)框圖如圖 10 所示。 對于位置式 PID 控制算法來說，位 置式 PID 控制算法示意圖如圖 9 所示，由于全量輸出，所以每次輸出均與過去的狀態(tài)有關(guān)，計算時要對誤差進(jìn)行累加，所以運(yùn)算工作量大。將式 (16)代入式 (15)，可以得到離散的 PID表達(dá)式為 ? ?01( ) { ( ) ( ) ( ) ( 1 ) }k Dp jTTu k K e k e j e k e k?? ? ? ? ?? (17) 式中： k— 采樣序列號； u(k)— 第 k次采樣時刻的計算機(jī)輸出值； e(k)— 第 k 次采樣時刻輸入的偏差值； e(k1)— 第 k1 次采樣時刻輸入的偏差值； Ki— 積分系數(shù)， Ki＝Ｋ pＴ d/Ti； Ｋ d — 微分系數(shù)，Ｋ d=KpＴ d/Ｔ e(k)。按模擬PID 控制算法的算式 (15)，現(xiàn)以一系列的采樣時刻點 kT 代表連續(xù)時間 t，以和式代替積分，以增量代替微分，則可以作如下的近似變換： 圖 8 單位階躍信號響應(yīng)的仿真曲線 (16) ? ?0,1, 2. ..t kT k??? ? ? ? ? ?000t kkjje t d t T e jT T e j???????? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1 1e k T e k Td e t e k e kd t T T???? ???? 11 第 1頁 顯然，上述離散化過程中，采樣周期 T必須足夠短，才能保證有足夠的精度。 位置式 PID 控制算法、增量式 PID 控制算法和速度式 PID 控制算法。當(dāng) Kp=， Ti=， Td= 時，仿真結(jié)果符合要求，仿真結(jié)果如圖 8所示。 從圖 6 中可以看出，仿真曲線出現(xiàn)嚴(yán)重的震蕩。由步驟（ 1）、（ 2）可得： Ps=16,Ts=，單位階躍信號響應(yīng)的仿真曲線如圖 6 所示。Unitstep respinse of G(s)=(^2++1)39。)。ylabel(39。t/s39。 %調(diào)用階躍響應(yīng)函數(shù)求取單位階躍響應(yīng)曲線 grid。 %定義分子多項式 den=[ 1]。 電機(jī)的仿真 選取一直流電機(jī)為例，其銘牌參數(shù)如表 2所示利用這些參數(shù)以及直流電機(jī)的參數(shù)模型 可以得到： 表 2 直流電機(jī)銘牌參數(shù) 控制類型 pK iT dT P sP ∞ 0 PI sP 0 PID sP 9 第 1頁 M=,Ct=,Ta=, Tm=。 經(jīng)過 Math Works公司 的不斷完善， MATLAB已經(jīng)發(fā)展成為適合多學(xué)科、 多種工作平臺的功能強(qiáng)勁的大型軟件 , MATLAB已經(jīng) 成為線性代數(shù)、自動控制理論、數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)字信號處理、時間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真等高級課程的基本教學(xué)工具。 3)根據(jù) Ps 和 Ts 值，按照表 1 中的經(jīng)驗公式，計算出控制器各個參數(shù)，即 Kp、 Ti 和Td 的值。對于控制過程較快的系統(tǒng) ，難以從曲線上找出衰減比 。本文選取 4:1 衰減 曲線法對開環(huán)傳遞函數(shù)為 (13)式的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行 PID 參數(shù)的整定 ，整定過程如下 ： 1)在閉合的控制系統(tǒng)中，將控制器的積分時間常 Td 置于最大 (Ti=∞ ),微分時間常數(shù) Td 置零 (Ti=0)，比例系數(shù) Kp置較大的值。 但某些系統(tǒng)的階躍響應(yīng)不易得到等幅振蕩，此時可考慮采用臨界比例度法的修正方法 ——— 衰減曲線法。 6 PID 的參數(shù)整定 衰減曲線法 臨界比例度整定法又稱“閉環(huán)振蕩法”，是在閉環(huán)的情況下進(jìn)行整定的 ，適 用于一般的控制系統(tǒng)。若積分作用系數(shù)過小，將使系統(tǒng)靜差難以消除，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。積分作用的強(qiáng)弱 取決于積分時間常數(shù) τ ， τ 越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。 Kp 取值過小，則會降低調(diào)節(jié)精度，尤其是使響應(yīng)速度緩慢，從而延長調(diào)節(jié)時間，使系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)特性變壞。比例系數(shù) Kp 的作用在于加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度。其控制規(guī)律為 ? ? ? ? ? ? ? ?01 t DpIT d e tu t K e t e t d tT d t??? ? ?????? (14) 或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)形式 ? ? ? ?? ? 11pdIUsG s K T sE s T s??? ? ? ????? (15) 式