控制系統(tǒng)CAD - 基于MATLAB語言 基于Simulink的PID控制算法研究-

1、大連理工大學(xué)城市學(xué)院控制系統(tǒng)CAD基于MATLAB語言基于Simulink的PID控制算法研究學(xué)院:專業(yè):1姓名:學(xué)號(hào):完成日期:一:實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.掌握MATLAB 軟件的Simulink 平臺(tái)的基本操作;2.能夠利用Simulink 平臺(tái)研究PID 控制器對(duì)系統(tǒng)的影響;二:實(shí)驗(yàn)原理:PID (比例-積分-微分控制器是目前在實(shí)際工程中應(yīng)用最為廣泛的一種控制策略。PID 算法簡(jiǎn)單實(shí)用,不要求受控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型。圖1典型PID 控制結(jié)構(gòu)三:實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:某直流電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)如圖2所示,采用PID 控制方案,使用期望特性法來確定P K ,IK 和DK 這3三個(gè)參數(shù)。期望系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的閉環(huán)特征根為:-

2、300,-300,-30+j30和-30-j30。請(qǐng)建立該系統(tǒng)的Simulink 模型,觀察其單位階躍響應(yīng)曲線,并且分析這3個(gè)參數(shù)分別對(duì)控制性能的影響。 測(cè)速反饋系數(shù)圖3直流電動(dòng)機(jī)PID 控制系統(tǒng)比例積分微分對(duì)象模型PID 控制器r(ty(tu(te(t 圖2直流電動(dòng)機(jī)PID 控制系統(tǒng)的Simulink 仿真模型(1分析比例系數(shù)PK 對(duì)控制性能的影響:在119.34I K =和0.067D K =保持不變的情況下,PK 分別取值0.5,5和20,改變PK 時(shí)的系統(tǒng)響應(yīng)曲線圖。a 0.5P K =b 5P K =c 20P K = (2分析積分系數(shù)IK 對(duì)控制性能的影響在0.067D K =和4

3、.4156P K =保持不變的情況下,IK 分別取值20,120,300,改變IK 時(shí)的系統(tǒng)響應(yīng)曲線a20I K =b120I K =c300 IK （3） 分析微分系數(shù) 在 KD 對(duì)控制性能的影響 保持不變的情況下， K P = 4.4156 和 K I = 119.34 KD 分別取值 0.01，0.07，0.2，系 統(tǒng)的響應(yīng)曲線如圖 7 所示?？梢?，當(dāng) 量較大。而當(dāng) KD 取值較小時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)對(duì)變化趨勢(shì)的調(diào)節(jié)較慢。超調(diào) KD 取值較大時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的速度較快。但是超調(diào)量增加。當(dāng) KD 取 值過大時(shí)，對(duì)變化趨勢(shì)的調(diào)節(jié)過強(qiáng)，階躍響應(yīng)的初期出現(xiàn)尖脈沖。 a b c K D = 0.01 K

4、 D = 0.07 K D = 0.2 四、實(shí)驗(yàn)結(jié)論： P、I、D 控制參數(shù)的改變對(duì)系統(tǒng)控制效果的影響： 1、比例系數(shù) Kp 對(duì)系統(tǒng)性能的影響： （1）對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能影響：Kp 加大，將使系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，Kp 偏大時(shí)，系統(tǒng)振蕩 次數(shù)增多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)；Kp 太小又會(huì)使系統(tǒng)的響應(yīng)速度緩慢。 （2）對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能影響：在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，加大 Kp 可以減少穩(wěn)態(tài)誤差，但不 能消除穩(wěn)態(tài)誤差。因此 Kp 的整定主要依據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 2、積分時(shí)間 Ti 對(duì)系統(tǒng)性能的影響： 積分控制通常和比例控制或比例微分控制聯(lián)合作用，構(gòu)成 PI 控制或 PID 控制。 （1）對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能影響：積分控制通常

5、影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。Ti 太小，系統(tǒng)可能不 穩(wěn)定，且振蕩次數(shù)較多；Ti 太大，對(duì)系統(tǒng)的影響將削弱；當(dāng) Ti 較適合時(shí)，系統(tǒng)的過渡過程 特性比較理想。 （2）對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能影響：積分控制有助于消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精 度，但若 Ti 太大，積分作用太弱，則不能減少余差。 3、微分時(shí)間 TD 對(duì)系統(tǒng)性能的影響： 積分控制通常和比例控制或比例積分控制聯(lián)合作用，構(gòu)成 PD 控制或 PID 控制。 （1） 對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能影響： 微分時(shí)間 Td 的增加即微分作用的增加可以改善系統(tǒng)的動(dòng) 態(tài)特性，如減少超調(diào)量，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間等。適當(dāng)加大比例控制，可以減少穩(wěn)態(tài)誤差，提高控 制精度。但 Td 值偏大或偏小都會(huì)適得其反。另外微分作用有可能放大系統(tǒng)的噪聲，降低系 統(tǒng)的抗