资源描述：
《使用matlab7.0仿真的方法研究PID控制器的作用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、使用matlab7.0仿真的方法研究PID控制器的作用PID控制器是在工业控制领域中常见的控制部件，其把偏差用做新的输入值，改善系统的动态和稳态性能，使被控变量的实际值与工艺要求的预定值基本一致。PID控制器（ProportionIntegrationDifferentiation.比例-积分-微分控制器），由比例环节P、积分环节I和微分环节D组成。其传递函数为，通过，Ti和Td三个参数的整定来实现对系统的精确控制。本文对常用的P，PI，PD，PID控制器进行了分析研究。比例控制（简称P控制）是一种最简单的控制方式，其控制器的
2、输出与输入的误差信号的比例成正比。对系统的影响主要反映在系统的稳态误差和稳定性上，其控制及时、迅速，只要有偏差产生，控制器立即产生控制作用。增大比例系数可以提高系统的开环增益，减少稳态误差，从而提高控制精度。但是当系数过大时会影响系统的相对稳定性，甚至造成系统不稳定。误差本身也是时间的函数，其时域的表达式为，其中为系统的误差传递函数为，单位阶跃输入作用=，由终值定理可以求出其稳态误差，可以很容易的知道当增大时，其稳态误差是与之成反比的。下面采用仿真的的形式加以说明。已知系统框图如图1所示，其中，8采用比例控制进行系统分析，比例
3、系数取值为1,3,10,20,50，100。使用matlab数学工具得到各比例系数下的系统的单位阶跃响应曲线如图2所示。图1.在比例环节作用下的系统结构图图2.不同比例系数下单位阶跃响应曲线分析响应曲线可以看出：=1时相当于系统不加任何环节时的响应曲线，稳态误差比较大。随着的增大，系统的稳态误差减小，但超调量也随之增大，随着的进一步增大系统过度震荡趋于不稳定。但是最终不能消除余差，也就是这个的缺点限制了它的单独使用，所以在要求较高的系统设计中一般不单独使用比例控制，它常和积分、微分组合到一起成为PI、PD、PID控制器。8使用
4、matlab编写的程序如下所示。G0=zpk([],[-1-2],1);kp=[1,3,10,20,50,100];fori=1:6G=feedback(kp(i)*G0,1)step(G)holdongridonylabel('xo(t)')legend('kp=1','kp=3','kp=10','kp=20','kp=50','kp=100')title('不同比例系数下的单位响应曲线对比图')end比例-积分控制（简称PI控制），首先介绍积分控制，该控制器输出信号的大小，不仅与偏差大小有关，还取决于偏差存在的时间长短。
5、只要偏差存在，输出就会不断累积，直到偏差为零，累积才会停止。所以，积分控制可以消除余差。积分控制规律又称无差控制规律。但也正是他的累积效应，积分控制作用总是滞后于偏差的存在，不能及时有效地克服扰动的影响，难以使得控制系统稳定下来，因此积分控制作用很少单独使用。常和比例控制作用结合起来，构成比例-积分控制。这样取二者之长，互相弥补，既有比例控制作用的迅速及时，又有积分控制作用消除余差的能力。PI控制器的传递函数为,当与被控对象相连后，相当于给系统增加了一个位于原点的开环极点和位于左半平面的开环零点。而极点可以提高系统的型别，消除
6、或减少稳态误差，改善稳态性能；增加的零点可以减少系统的阻尼比，缓和极点对系统稳定性及动态过程带来的不利影响。已知系统框图如图3所示，其中8，对系统采用PI控制进行系统分析，为了更有对比性取比例系数=3，积分常数Ti=0.5,1,3,6,10,15，使用matlab数学工具得到各积分常数下的系统的单位阶跃响应曲线如图4。图3.=3时，不同积分常数下的系统结构图图4.=3时，不同积分常数下的单位阶跃响应曲线分析响应曲线可以看出：在比例控制的系统中引入积分环节可以消除余差，弥补了纯比例控制的缺陷，获得较好的控制质量。随着Ti的减小，
7、积分作用增强，消除余差变快（但Ti过小，控制系统的8振荡加剧，系统的稳定性下降）。比例积分控制器具有比例和积分控制的优点，有比例系数和积分常数两个参数可调，多数惯性较小的控制系统都可采用。但对于有较大惯性滞后的控制系统使用不够理想.使用matlab编写的程序如下所示。G0=zpk([],[-1-2],1);Ti=[0.5,1,3,6,10,15];kp=3;fori=1:6Gc=tf([kp,kp/Ti(i)],[1,0])sys=feedback(G0*Gc,1)step(sys)holdongridonylabel('xo
8、(t)')legend('Ti=0.5','Ti=1','Ti=3','Ti=6','Ti=10','Ti=15')title('Kp=3时不同积分常数下的单位响应曲线对比图')end比例-微分控制（简称PD控制），首先介绍一下微分控制，其作用是：具有超前调节功能，可有效改善
