第8讲-PID控制器设计.ppt

第8讲(教材第8章) PID控制器设计 控制系统三大问题 建模 分析 设计 PID控制器简介 PID结构框图表示 PID的参数 PID的传递函数表示法 重点掌握： KP，KI，KD ，TI，TD PID 控制器的作用分析 比例作用对系统性能的影响(1) 作业1：控制系统如下图所示 其中G0(s)为三阶对象模型： 对系统采用比例控制，比例系数分别为KP=2, 5, 10, 50, 试求各比例系数下系统的单位阶跃响应，并绘制响应曲线 比例作用对系统的影响： （自己填写完成） 比例微分控制 微分作用对系统的影响： （自己填写完成） 比例积分控制 积分作用对系统的影响： （自己填写完成） PID参数整定　　　－－－工程整定法 Ziegler-Nichols整定法 Ziegler与Nichols在20世纪40年代提出 基于带延迟的一阶传递函数模型提出的 Ziegler-Nichols整定法 Ziegler-Nichols整定法 作业４： 编写一个Ziegler-Nichols整定法的函数文件 输入：　L, K, T,以及变量key key = 1, P控制 　　　　 key = 2, PI控制 key = 3, PID控制 输出：相应控制作用下的PID参数: KP, TI, TD 以及相应的控制器传递函数Gc 作业5： 已知过程控制系统的被控对象为一个带延迟的惯性环节，其传递函数为： 试用Ziegler-Nichols法设计P控制器，PI控制器和PID控制器。并作出在相应控制器作用下的闭环阶跃响应图形。 补充知识 稳态误差 当系统稳定后，系统实际输出量与设定值之差。 补充知识：稳态误差与开环传递函数的关系 N：开环传递函数积分环节的个数。 通常把N=0,1,2,…的系统分别称为0, Ⅰ,Ⅱ,…型系统。 稳态误差与开环传递函数的关系 在阶跃输入下: 0型系统：稳态误差＝1/(1+KP), 1型系统：稳态误差为0 2型系统：稳态误差为0 思考题： 为什么积分环节可以消除系统的稳态误差？ PID控制器设计 PID：比例、积分、微分 Proportional、 Integral、Derivative 比例系数 积分系数 微分系数 比例系数 积分系数 微分系数 积分时间常数 微分时间常数 比例带或比例度 Kp G0(s) - R(s) Y(s) 用M函数实现 用Simulink实现 作业2：控制系统如下图所示 其中G0(s)为三阶对象模型： 对系统采用比例微分控制，比例系数分别为KP=30, 微分系数Kd分别取0, 2, 7, 15，试求各比例微分作用下系统的单位阶跃响应，并绘制响应曲线． G0(s) - R(s) Y(s) Kp+Kds 作业3：控制系统如下图所示 其中G0(s)为三阶对象模型： 对系统采用比例积分控制，比例系数分别为KP=5, 积分系数KI分别取0, 5, 10, 20，试求各比例积分作用下系统的单位阶跃响应，并绘制响应曲线． G0(s) - R(s) Y(s) Kp+KI/s 0.5L 2.2L 1.2 T/(KL) PID 0 3.3L 0.9 T/(KL) PI 0 无穷 T/(KL) P 微分时间TD 积分时间TI 比例系数KP 控制器类型 衡量控制系统精度的指标