自动控制原理上机实践二PI校正讲述.docx

上机实践二 名称：机器人及视觉系统的PI校正一、上机目的1、熟悉SIMULNK平台，运用PI参数整定方法二、上机基本要求1、运用PID校正方法改善过程控制的快速性和稳定。三、上机理论知识1、工程控制理论基础2、MATLAB/CONTROL TOOLBOX（控制工具箱）四、上机操作步骤1 创建MODEL文件，按照以下顺序建立所需的模块：传递函数模块（continuous/transfer FCN）根据装置传递函数定义相应的系数PID模块（simulink extras/PID controller）SUM模块（math operations/sum）定义PID参数（KP、KI、KD）输入模块（sources/step）输出模块（sinks/floating scope）依次连线构成闭环反馈系统2 设置初始值（KP=1、KI=0、KD=0），先找到这样比例环节系数KP，使系统刚好处于临界状态，再整定参数；3 观察参数整定后闭环系统的阶越响应；4 对比参数整定不同输入（不少于3种输入）下响应（拷贝）。五、上机报告要求1、PID校正方法；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。应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器是通加对误差信号e(t)进行比例、积分和微分运算，其结果的加权，得到控制器的输出u(t)，该值就是控制对象的控制值。数学描述为： e(t) ——调节器输入偏差；Kp ——比例系数；Ti ——积分时间常数；Td ——微分时间常数；式中积分的上下限分别是0和t，因此它的传递函数为：G(s)=U(s)/E(s)=kp[1+1/(TI*s)+TD*s]其中kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数。由图可以看出，Kp越大，曲线越陡，系统的稳态误差越小。P控制是等比例的将偏差放大，作为控制信号输出，只能减小稳态误差，但不能消除稳态误差。2、上机练习的题目及要求；右图为机器人和视觉系统的示意图，移动机器人利用摄像系统来观测环境信息。已知机器人系统为单位反馈系统，被控对象为机械臂，其传递函数为了使系统阶跃响应的稳态误差为零，采用串联PI控制器即K1为比例系数Kp，K2为积分系数。试设计合适的K1与K2值，使系统阶跃响应的超调量不大于5%，调节时间小于6s()，静态速度误差系数KV≥0.9。解：本题可用试探法确定PI控制器参数，调整K1与K2时，需要综合考虑系统的稳态性能和动态性能要求。系统开环传递函数式中，。对于PI控制器，一种可能的选择方案为 z＝1.1，K1＝0.8182，K2＝Klz＝0.9则闭环传递函数为应用MATLAB软件包，可绘出系统单位阶跃响应曲线，如下图所示。仿真结果表明，校正后系统的性能为满足设计指标要求。3、完成步骤及数据结果；（1）simulink仿真超调量=5%；t=4.93s6s ()；KV≥0.9，满足设计指标要求！（2）MATLAB超调量=5%；t=4.93s6s ()；KV≥0.9，满足设计指标要求！临界值：K1=1；K2=5,。8时取到。simulinkmatlabK1=0.8182, K2=0.9临界状态：K1=1，K2=5.8对K1、K2取不同值，并对图像进行分析：K1=1;K2=1时超调量=4%；t=4.83s6s ()；KV≥0.9，满足设计指标要求！4、对比校正前后的特性曲线，并解释校正设计的效果下面用控制变量法对于K1、K2对图像影响进行分析，从而得出PID调试方法：取k2=1不变，调试取k1=0.8、1、6时的系统阶跃响应曲线，结果如下图：K1=0.8;K2=1;K1=1;K2=1;K1=6;K2=1观察系统波形，可以得出:K1越大，系统响应速度加快，但K1过大会使系统不稳定。取k1=1不变，调试取k2=1、3、5时的系统阶跃响应曲线，结果如下图：K1=1;K2=1时 K1=1;K2=3时K1=1;K2=5;观察系统波形，可以得出:K2越大，微分作用越强，系统动态响应越好；但K2过大，会增加过渡过程的波动程度。总结：1）K1越大，系统响应速度加快，但K1过大会使系统不稳定。2）K2越大，微分作用越强，系统动态响应越好；但K2过大，会增加过渡过程的波动程度。②PID控制通过调节三个参数，Kp、Ki、Kd，来改变控制品质；适当的调节三个参数，能使系统的控制品质变得比较好。