pid控制器参数整定设计方案

《pid控制器参数整定设计方案》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、PID控制器参数整定设计方案2总体方案设计对系统进行PID控制的设定，当系统的被控对象很复杂时，难以用解析法建立数学模型，可用Z——N法去调整PID控制器的参数，非常实用，有效和方便。Z——N法有两种实施的办法，共同的目标是使被控系统的阶跃响应具有25%的超调量。于是就有了下面两种方案。2.1方案设计方案一：这种方案是先假设Ti为无穷大，Td=0，即只有比例控制Kp。具体的做法是：将比例系数Kp值由零逐渐增大到系统的输出首次呈现持续的等幅振荡，此时对应的Kp值为临界增益，用Kc表示，并记下振荡的周期Tc，对于这种情况，齐格勒和尼可尔斯提出公式，以确定相应PID控制器的参数Kp

2、、Ti、和Td的值。其传递函数也是一个极点在坐标原点，两个零点均位于处。Kp对象r(t)E(t)C(t)M(t)图2.1方案一方框图PID调节器：Kp=0.6Kc,Ti=0.5Tc,Td=0.125Tc表2.1Z-N第二法的参数表控制器的类型KpTiTdP0．5kc∞0PI0.45kc1/1.2Tc022PID0.6Kc0.5Tc0.125Tc方案二：在对象的输入端加一单位阶跃信号，测量其输出响应曲线。如果被测的对象中既无积分环节，又无复数主导极点，则相应的阶跃响应曲线可视为是S形曲线。这种曲线的特征可用滞后时间τ和时间常数T来表征。通过S形曲线的转折点作切线，使之分别与时间

3、坐标轴和c(t)=K的直线相交，由所得的两个交点确定延滞时间τ和时间常数T。具有S形阶跃响应曲线的对象，其PID控制器的传递函数为：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　这种PID控制器有一个极点在坐标原点，二个零点都在S=－处。表2.2Z-N第一法的参数表控制器的类型KpTiTdP∞0PI0.90PID1.22τ0.5τ2.2方案论证方法一临界比例法简单并且是闭环，使用起来比第二种方案范围要大点。第二种响应曲线法有一个缺点就是必须要S型的响应曲线，并且第二种方案是开环的，容易受到干扰，使得PID控制不准确。2.3方案选择通过分析题目和课程设计

4、要求，我认为选择第一种方案更为简单和准确，因为第二种方案的要求（S型曲线）题目可能不能达到。还需要花时间证明是否是S型曲线。所以比起方案一要复杂的多，耗费的时间也更多，所以我选用方案一来完成本次课程设计。223单元模块设计3.1对系统性能指标进行分析由设计要求可以得知，系统是在受到阶跃信号后产生相应的，由Matlab的simulink进行了仿真图的搭建，如图3.1所示：图3.1校正前连线图在matlab操作环境中键入以下程序，会得到系统的阶跃响应的曲线图和伯德图，图3.2为matlab绘制的其闭环传递函数的单位阶跃响应曲线，图3.3为matlab绘制的其闭环传递函数的伯德图。

5、g1=tf(9.9,[1201]);g2=tf(0.107,[101]);tau1=80;[np,dp]=pade(tau1,2);gp=tf(np,dp);g=g1*gp;close=g/(1+g*g2)step(close)bode(close)根据图上的信息可以得于如表3.1所示的原系统性能指标如下所示：超调量σ%==（6.08－4.82）/4.82＝26.1%上升时间Tr峰值时间Tp调整时间Ts波形峰值波形稳定值159s222s325s6.08v4.82v表3.1原系统性能指标22图3.2原系统闭环传递函数的单位阶跃响应曲线图3.3原系统闭环传递函数的伯德图22由阶跃

6、信号经过了闭环控制系统，最后由Scope来观察波形,点击上方的运行按钮之后再双击Scope就弹出了如图3.4所示的波形。从图上可以看出，由matlab的step函数绘制的系统单位阶跃函数曲线和示波器上显示的图形是一样的。图3.4Scope输出波形系统的动态性能指标，远不能满足设计的要求，静态误差也不能满足要求。这是就需要运用校正电路来弥补这些差别的存在。3.2PID控制器的工作原理PID校正装置（又称PID控制器或PID调节器）是一种有源校正装置，它是最早发展起来的控制策略之一，在工业过程控制中有着最广泛的应用，其实现方式有电气式、气动式和液力式。与无源校正装置相比，它具有结

7、构简单、参数易于整定、应用面广等特点，设计的控制对象可以有精确模型，并可以是黑箱或灰箱系统。图3.4为它的控制结构框图，典型PID为滞后－超前校正装置。图3.4PID校正系统由图可见，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。PID控制器的数学描述为：式中u(t)为控制输入，e(t)=r(t)-c(t)为误差信号，r(t)为输入量，c(t)为输出量。在PID22控制器中，错误信号（受控系统期望的温度与实际温度之间的差值