MATLAB仿真连续PID控制.docx

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MATLAB仿真连续PID控制

?MATLAB仿真连续PID控制姓 名: 学 号:学 院: 机械工程学院年 级: 专 业: PID控制原理:PID控制器(比例-积分-微分控制器)是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件,由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。其输入e(t)与输出u(t)的关系为:u(t)=kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt]式中积分的上下限分别是0和t其中kp为比例系数;TI为积分时间常数;TD为微分时间常数。由此可得它的传递函数为:G(s)=U(s)/E(s)=kp[1+1/(TI*s)+TD*s]PID控制理论和应用的关键是,利用比例、积分、微分计算出控制量,做出正确的测量和比较后,如何才能更好地纠正系统。1)比例(P)控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差:2)积分(I)控制在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因此,比例+积分(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。3)微分(D)控制在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay)组件,具有抑制误差的作用,其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应该是零。这就是说,在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的,比例项的作用仅是放大误差的幅值,而目前需要增加的是“微分项”,它能预测误差变化的趋势,这样,具有比例+微分的控制器,就能够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多,概括起来有两大类:一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用,还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法,它主要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行,且方法简单、易于掌握,在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法,主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点,其共同点都是通过试验,然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数,都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下:1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作;2)仅加入比例控制环节,直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡,记下这时的比例放大系数和临界振荡周期;3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。仿真实验步骤:打开电脑中的matlab软件,输入simulink,打开matlab自带的simulink模块。在simulink中新建一个model文件,将阶跃信号源、PID、传递函数、Scope等移入软件中。在传递函数中键入正确的传递函数。G(s)=连接各个模块,模拟仿真,观察输出的波形。调整PID三个参数的值,直到调整到一个振荡小,反应快的参数为止。依次改变PID的P、I、D的值,观察其对输出的影响,记录下波形。MATLAB仿真实验图:仿真实验数据:1.经过调试后,选择P=10,I=8,D=20。先改变P的值,使依次P=10,P=20,P=5,可得:其中蓝线的P=10,绿线的P=15,红线的P=5。2.再改变I的值,使依次I=8,I=15,I=1,可得:其中蓝线的I=8,绿线的I=15,红线的I=1。3.再改变D的值,使依次D=20,D=30,D=10,可得:其中蓝线的D=20,绿线的D=30,红线的D=10。4.调整PID为P=0.9,I=0.05,D=6得输出图:结论由上述的实验我们可知: P,比例控制输出存在误差,p值越大振荡越大。I,积分控制推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因此,比例+积分控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。D,微分控制具有预测误差变化的趋势,D值越大,

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