数字PID控制器设计 - 副本.doc

基于MATLAB的PID 控制器设计 一 概述 1 二 连续PID控制介绍 2 三 数字PID算法的分析与说明 3 （1） PID控制原理与程序流程 3 1.模拟控制系统 4 2.微机过程控制系统 4 （2） 数字PID控制器 4 1.模拟PID控制规律的离散化 4 2.数字PID控制器的差分方程 5 （3）采样周期的选择 5 1.选择采样周期的重要性 5 2.选择采样周期的原则――采样定理 5 (4)、选择采样周期应综合考虑的因素 6 1.给定值的变化频率 6 2.被控对象的特性 6 3.使用的算式和执行机构的类型 6 4.控制的回路数 6 四 数字PID控制算法仿真 7 (1)传递函数 7 1.传递函数 7 2.传递函数性能分析 7 (2)在MATLAB下实现PID控制器的设计与仿真 9 1.参数计算 9 2.设计PID控制器 11 一 概述 本文在以数字PID控制器研究为背景随着数字控制技术的发展，我们在控制器的设计上有了更大的灵活性，一些原来在模拟PID控制器中无法实现的问题，现在我们很容易就能在数字计算机上实现了，于是产生来了一系列改进的控制算法，形成非标准的控制算法，改善系统品质，满足不同控制系统的需要PID控制介绍 PID控制是最早发展起来的经典控制策略, 是用于过程控制最有效的策略之一。由于其原理简单、技术成熟，在实际应用中较易于整定, 在工业控制中得到了广泛的应用。它最大的优点是不需了解被控对象精确的数学模型,只需在线根据系统误差及误差的变化率等简单参数, 经过经验进行调节器参数在线整定, 即可取得满意的结果, 具有很大的适应性和灵活性。 PID调节器是一种线性调节器，它根据给定值与实际输出值构成的控制偏差： =－ 将偏差的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制，故称为PID调节器。在实际应用中，常根据对象的特征和控制要求，将P、I、D基本控制规律进行适当组合，以达到对被控对象进行有效控制的目的。例如，P调节器，PI调节器，PID调节器等。 综上我选择PID调节: 比例调节反应速度快，输出与输入同步，没有时间滞后，其动态特性好,但是比例调节的结果不能使被调参数完全回到给定值，而产生余差。比例调节的结果不能使被调参数完全回到给定值，而产生余差。在实际应用中为了达到更高的要求，常根据对象的特征和控制要求，将P、I、D基本控制规律进行适当组合，以达到对被控对象进行有效控制的目的。所以我选择PID调节。 PID是以它的三种纠正算法而命名的。这三种算法都是用加法调整被控制的数值。而实际上这些加法运算大部分变成了减法运算因为被加数总是负值。这三种算法是： 比例- 来控制当前，误差值和一个负常数P（表示比例）相乘，然后和预定的值相加。P只是在控制器的输出和系统的误差成比例的时候成立。这种控制器输出的变化与输入控制器的偏差成比例关系。比如说，一个电热器的控制器的比例尺范围是10°C，它的预定值是20°C。那么它在10°C的时候会输出100%，在15°C的时候会输出50%，在19°C的时候输出10％，注意在误差是0的时候，控制器的输出也是0。 积分 - 来控制过去，误差值是过去一段时间的误差和，然后乘以一个负常数I，然后和预定值相加。I从过去的平均误差值来找到系统的输出结果和预定值的平均误差。一个简单的比例系统会振荡，会在预定值的附近来回变化，因为系统无法消除多余的纠正。通过加上一个负的平均误差比例值，平均的系统误差值就会总是减少。所以，最终这个PID回路系统会在预定值定下来。 PID控制器的设计,对于PID 控制器在过程控制中的广泛应用具有重要的理论和现实意义。 在PID控制系统中, PID控制器分别对误差信号e（t）进行比例、积分与微分运算, 其结果的加权和构成系统的控制信号u（t），送给对象模型加以控制。 PID控制器的数学描述为 其传递函数可表示为: 从根本上讲, 设计PID控制器也就是确定其比例系数Kp、积分系数T i 和微分系数T d , 这三个系数取值的不同, 决定了比例、积分和微分作用的强弱。控制系统的整定就是在控制系统的结构已经确定、控制仪表和控制对象等处在正常状态的情况下, 适当选择控制器的参数使控制仪表的特性和控制对象的特性相配合, 从而使控制系统的运行达到最佳状态, 取得最好的控制效果。 三 数字PID算法的分析与说明 （1） PID控制原理与程序流程 过程控制―对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制 1.模拟控制系统 基本模拟反馈控制回路 被控量的值由传感器或变送器来检测，这个值与给定值进行比较，得到