P.PD.PID控制器性能比较

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1、武汉理工大学《自动控制原理》课程设计学号：0120911360205《自动控制原理》课程设计题目P.PD.PID控制器性能比较学院自动化学院专业自动化班级姓名指导教师2012年1月1日4第页武汉理工大学《自动控制原理》课程设计课程设计任务书学生姓名：专业班级：自动化0902班指导教师：工作单位：自动化学院题目:P、PD和PID控制器性能比较初始条件：一二阶系统结构如图所示，其中系统对象模型为，控制器传递函数为，令，，。RYe+-+W-要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1）分析系统分别在P、PD、PID控制器作用下的，由参考输入决定的系统类型及误

2、差常数；（2）根据（1）中的条件求系统分别在P、PD、PID控制器作用下的、由扰动w(t)决定的系统类型与误差常数；（3）分析该系统的跟踪性能和扰动性能；（4）在Matlab中画出（1）和（2）中的系统响应，并以此证明（3）结论；（5）对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须写清楚计算分析的过程，其中应包括Matlab源程序或Simulink仿真模型，并注释。说明书的格式按照教务处标准书写。4第页武汉理工大学《自动控制原理》课程设计时间安排：任务时间（天）审题、查阅相关资料1分析、计算1.5编写程序1撰写报告1论文答辩0.5指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日4第页武

3、汉理工大学《自动控制原理》课程设计目录1基本原理51.1P(比例)控制器51.2PD(比例+微分)控制器51.3PID(比例+积分+微分)控制器62.由参考输入决定的类型及误差常数72.1系统类型…………………………………………………72.2.误差常数83由扰动W(t)决定的类型与误差常数103.1系统类型103.2误差常数104.系统的跟踪性能和扰动性能…………………………………124.1跟踪性能124．2扰动性能125．用MATLAB求系统响应145.1由参考输入决定的系统响应145.2由扰动决定的系统响应.186．手动绘制响应曲线23体会24参考文献25课程设计成绩评定表264第页武汉

4、理工大学《自动控制原理》课程设计说明书.基本原理1.1比例（P）控制器具有比例控制规律的控制器即为P控制器。如图1-1所示。P控制器实质上是一个具有可调增益的放大器。在信号变换的过程中，P控制器只改变信号的增益而不影响其相位。在串联校正中，加大控制器增益Kp，可以提高系统的开环增益，减小系统稳态误差，从而提高系统的控制精度，但会降低系统的相对稳定性。因而在系统校正设计中，很少单独使用比例控制规律。图1-1P控制器1.2比例——微分（PD）控制器具有比例——微分控制规律的控制器，称为PD控制器，其输出与输入的关系如下式所示：式中，为比例系数；为微分时间常数。与都是可调的参数。PD控制器如图1-

5、2所示.图1-2PD控制器26武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书PD控制器中的微分控制规律，能反映输入信号的变化趋势，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而改善系统的稳定性。在串联校正时，可使系统增加一个的开环零点，使系统的相角裕度提高，因而有助于系统动态性能的改善。1.3比例—积分—微分（PID）控制器具有比例—积分—微分控制规律的控制器，称PID控制器，如图1-4所示。这种组合具有三种基本规律各自的特点，其运动方程为：图1-3PID控制在串联校正中使用PID控制器，不仅有P控制器的优点，也有积分和微分的优点，因而相比P和PD控制器，除了具有提高系统的稳态性能的优点外，

6、还在提高系统的动态性能上有更大的优越性。26武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书2.由参考输入决定的系统类型及误差常数RYe+-+W-图2-1系统流程图2.1系统类型（1）在P控制系统的作用下时，系统的开环传递函数为：由此可知系统的类型为0型系统；（2）在PD控制器的作用下，控制器传递函数为，则系统开环传递函数为由此可知系统的类型为0型系统；（3）在PID控制器的作用下，控制器的传递函为：则系统的开环传递函数为：由此可知系统的类型为1型。26武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书2.2误差常数由系统的稳态误差的计算公式：（1）在P控制系统的作用下Ds=Kp=19时，系统的闭环特征方

7、程为列出劳斯表：5206020由劳斯判据，此时系统是稳定的；此时系统的稳态误差为：若为阶跃输入则若为斜坡输入则若为加速度输入则（2）在PD控制器的作用下，系统的闭环特征方程为列出劳斯表：953801180380此时系统是稳定的，系统的开环增益为=此时系统的稳态误差为：若为阶跃输入，则若为斜坡输入，则若为加速度输入，则26武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书（3）在PID控制器的作用下，系统的闭环特征方程