PID控制系统的静_动态特性.ppt

控制系统的静态、动态特性 动态性能指标 上升时间：响应曲线首次从静态值的10％过渡到90％所需的时间，记 为tr； 峰值时间：响应曲线第一次达到峰值点的时间，记为tp。 系统动态特性可归结为： 1、响应的快速性，由上升时间和峰值时间表示； 2、对所期望响应的逼近性，由超调量和调节时间表示。 由于这些性能指标常常彼此矛盾，因此必须加以折衷处理。 PID控制器 反馈的优点 反馈的代价 * * 静态：在自动控制化领域中，把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态。 一个稳定系统在阶跃输入量的作用下，经历过渡过程进入静态后，静态下输出量的要求值和实际值之间的误差。我认为：这个稳态误差量就是控制系统的静态特性指标！ （下面几张介绍的方法有点难，我个人意见可以直接结合图求出误差就行！） 动态：在自动控制化领域中，把被控变量随时间变化而变化的不平衡状态称为系统的动态。 在某一时刻t，有一干扰作用于对象，于是系统的输出随时间变化而变化，因此系统即进入动态过程（过渡过程）。在此过程中，被控变量的变化规律即是控制系统的动态特性（我认为）。 在阶跃干扰下、衰减震荡过渡过程中，过渡过程指标主要包括：最大偏差或超调量、衰减比、余差、过渡时间等。因此结合图求出这些指标就行 详细可参见课本：P11第四节、P13控制系统的品质指标 稳态误差 一个稳定系统在输入量或扰动的作用下，经历过渡过程进 入静态后，静态下输出量的要求值和实际值之间的误差。 记为 G(s) k - r(t) y(t) e(t) 为计算稳态误差，应用Laplace终值定理，即 当输入信号为以下三种典型信号之一时，稳态误差为 单位阶跃函数： 单位斜坡函数： 单位加速度函数： 开环系统的误差为 对单位阶跃输入，开环系统的稳态误差为 对k=1的闭环系统，其稳态误差为 G(0)常称为系统的直流增益，一般远大于1。 反馈能减小稳态误差！ 考虑对象G(s)的参数变化对输出的影响，设此时对象为G(s) +?G(s)，在开环条件下输出的变化为 而对闭环系统则有 输出的变化为 通常 又由于(1+GK(s))在所关心的复频率范围内常称是远大于1的， 因而闭环系统输出的变化减小了。 反馈能减小对象G(s)的 参数变化对输出的影响！ 观察系统开环响应，确定待改进之处； 加入比例环节缩短系统响应时间；（动态性能） 加入积分控制减小系统的稳态误差；（静态性能） 加入微分环节改善系统的超调量； （动态性能） 调节 KP，KI，KD ，使系统的响应达到最优。 PID控制器设计的一般原则 PID控制器也叫三项控制器，它包括一个比例项，一个积分项和一个微分项，其传递函数为 KP，KI，KD分别为比例增益、积分增益和微分增益。 如果令KD=0，就得到比例积分控制器(PI): 而当KI=0时，则得到比例微分控制器(PD): 增大比例增益KP一般将加快系统的响应，并有利于减小 稳态误差，但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。 增大积分增益KI有利于减小超调，减小稳态误差，但是系 统稳态误差消除时间变长。 增大微分增益KD有利于加快系统的响应速度，使系统超 调量减小，稳定性增加，但系统对扰动的抑制能力减弱。 PID控制器各项的作用 减小系统的稳态误差； 减小对象G(s)的参数变化对输出的影响； 使系统的瞬态响应易于调节； 抑制干扰和噪声。 增加了元器件的数量和系统的复杂性； 增益的损失； 有可能带来不稳定性。