基于matlb的PID控制器

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1、Fl录一、PID控制简介11.1比例单元11.2积分单元11.3微分单元1二、原系统分析1三、PID控制器各参数的整定23.1控制比器位例控制器23.2控制器为PI控制器33.3控制器为PII）控制器5四、总结6参考文献7一、PID控制简介PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值与输出值构成程控制偏差。PID控制器有比例单元P,积分单元I,微分单元D组成。1.1比例单元P控制器是一个可调放大倍数的放大器，提高比例控制器的增益就是提高开环系统的放大系数。这样就可以减小系统的稳态误差，从而提高控制精度对于一介系统來说，提高Kp

2、还可以减小系统的稳态误弟。1・2积分单元输入信号与输入信号的积分比Ki是可调节的系数。积分控制器可以提高系统的型别，减小稳态谋差。但它的相位角是-90度，这样明显减小相位裕度是系统震荡变强，甚至导致系统不稳定。1.3微分单元反应偏茅信号的变化趋势，并能在偏羌信号变得太大Z前，在系统中引入一个有效的早期修止信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。二、原系统分析使用SIMULINK建立单回路过程控制系统如卜'图所示：图1单回路控制系统原传递函数仿真图形如卜•图所示:X1O10图2原系统仿真波形图由图可知该系统是发散的并不稳定

3、，所以可尝试调节P1D控制器各个参数来确定其稳定性。(1)只釆用比例控制时，针对不同的K厂[0・1:0・1:1],绘制系统闭环阶跃响应曲线；(2)令Kp=1,应用Pl控制策略时，针对不同的7；二[0.7:0.1:1.5],绘制系统的阶跃响应曲线；(3)令心二7>1,应用P1D控制策略来试验不同的7；=[0.1:0.2:2],绘制系统的阶跃响应曲线；图2原系统单位阶跃响应曲线三、PID控制器各参数的整定3.1控制器位比例控制器(2)Kp=0.8(1)Kp=l时:x10图3Kp=l时的响应曲线10005001000010图4Kp

4、=0.8时的响应曲线越目戶"恥蠲谄叩HF图5Kp=O.6时的响应曲线图6Kp=O.4时的响应曲线(5)Kp二0.2(6)Kp二0.1图7Kp二0.2时的响应曲线比列系数Kp对系统的影响：Kp加大，将使系统响应速度加快，Kp偏大时，系统振荡次数增多，调节时间加长；；Kp太小又会使系统的响应速度缓慢。Kp的选择以输出响应产生4:1衰减过程为宜。在系统稳定的前提下，加大Kp可以减少稳态误差，但不能消除稳态误差。3.2控制器为PI控制器控制器为PT控制器吋，改变积分时间常数人小，分析其对系统性能的影响并绘制相应曲线。4X1010.—

5、—10图10Kp=lKi=0.2的响应曲线X105图9Kp=lKi=O.1的响应曲线(3)Kp=lKi=0.7(4)Kp二1Ki=1.2-21010图11Kp=lKi二0.7的响应曲线图12Kp=lKi二1.2的响应曲线(5)Kp=lKi=1.5O=O51O图13Kp=lKi=1.5的响应曲线积分时间常数7；对系统的影响：(1)对系统的动态性能影响：积分控制通常影响系统的稳定性。7；太小，系统可能不稳定，冃振荡次数较多；7；太大，对系统的影响将削弱；当7；较适合时，系统的过渡过程特性比较理想。(2)对系统的稳态性能影响：积分

6、控制冇助于消除系统稳态误差，提高系统的控制精度，但若7；太大，积分作用太弱，则不能减少余差。仿真结果表明：当7；的值逐渐减小吋，系统的超调量增犬，系统的响应速度加快。相反，随着7；值的加大，系统的超调量减小，系统响应速度略微变慢，最后甚至不稳定。7；越小，积分速度越快，积分作用就越强，系统震荡次数较多。PI控制可以消除系统的稳态谋差，提高系统的误差度。3.3控制器为PID控制器此时保持Kp=l,Ki二1不变，改变积分时间常数大小，分析其对系统性能的影响并绘制相应曲线。(1)Kp=lKi二1Kd=O.1(2)Kp=lKi=lK

7、d=O.11.5I、■RzI0.5I0i05101.51■I1••…-—；1IJ•I0.5I0A只1A图14Kp=lKi二1Kd=0.1的响应曲线图15Kp二1Ki=lKd=0.2的响应曲线(3)KP=1Ki=lKd=0.6(4)KP二1Ki=lKd=l1.5I*r1fJ•j0.5••…•II005101.5

8、、■f・••JJX••/、、＜二；上一；■・・；I/:::f.0.5••••/II:■1I011•05101520图16Kp=lKi-1Kd=0.6的响应曲线图17Kp=lKi二1Kd=l的响应曲线(5)KP二1Ki=

9、lKd=1.4(6)KP=1Ki=lKd=1.4图19Kp=lKi=lKd=1.8的响应曲线(7)KP=1Ki=lKd=2图20KP=lKi=lKd=2的响应曲线在微分控制中，控制器的输出与输入谋差信号的微分（即谋弟的变化率）成止比关系。口动控制系统在克服谋茅的调节过程中可能会出现振荡甚至