自动控制理论仿真.ppt

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1、数字PID控制器设计PID控制是技术最成熟的一种控制方法，特别是在控制对象的模型未知或难以建立时，常常采用PID控制方法。PID控制原理简单、实现方便，并且适应面广、鲁棒性强，其控制品质对被控对象特性的变化不是很敏感。随着计算机技术的发展，在PID控制的基础上，出现了很多改进的数字PID控制方法，如微分先行PID控制、积分分离PID控制、带死区的PID控制等。对于数字PID控制方法，又分为增量式PID控制算式和位置式PID控制算式。采用PID控制的理由是：生产过程或被控对象普遍存在储能元件，对外界信号有一定的惯性；能量和信息的传输，会因管道和长线等原因引起时间上的

2、滞后。这些因素使得系统的动态响应变差。因此，仅仅用偏差进行比例控制很难达到理想的效果。为了改善系统的调节品质，需要引入偏差的积分控制以提高精度，引入偏差的微分控制来克服惯性滞后。这就构成了按偏差进行的PID控制系统。图1是PID控制器的原理框图。仿真实例：设被控对象为G（s）=523500/(s^3+87.35s^2+10470s),采用Z变换进行离散化后的对象为：yout(t)=-den(2)yout(k-1)-den(3)yout(k-2)-den(4)yout(k-3)+num(2)u(k-1)+num(3)u(k-2)+num(4)u(k-3),针对离散系

3、统的阶跃信号，正弦信号和方波信号的位置响应，设计离散PID控制器。其中S为信号选择变量。仿真程序：ts=0.001;sys=tf(5.235e005,[187.351.047e0040]);dsys=c2d(sys,ts,'zoh');[num,den]=tfdata(dsys,'v');u1=0;u2=0;u3=0;y1=0;y2=0;y3=0;x=[000];error1=0;fork=1:1:1500time(k)=k*ts;S=1;ifS==1kp=0.5;ki=0.001;kd=0.001;rin(k)=1;elseifS==2kp=0.5;ki=0.0

4、01;kd=0.001;rin(k)=sign(sin(2*2*pi*k*ts));elseifS==3kp=1.5;ki=1;kd=0.01;rin(k)=0.5*sin(2*2*pi*k*ts);endu(k)=kp*x(1)+kd*x(2)+ki*x(3);yout(k)=-den(2)*y1-den(3)*y2-den(4)*y3+num(2)*u1+num(3)*u2+num(4)*u3;error(k)=rin(k)-yout(k);u3=u2;u2=u1;u1=u(k);y3=y2;y2=y1;y1=yout(k);x(1)=error(k);x(2

5、)=(error(k)-error1)/ts;x(3)=x(3)+error(k)*ts;error1=error(k);endplot(time,rin,'k',time,yout,'k');%通过取余指令mod实现三角波程序如下，实现离散系统的三角波信号的位置响应。ifmod(time(k),1);rin(k)=mod(time(k),1);elserin(k)=1-mod(time(k),1);endrin(k)=rin(k)-0.5;