PID积分微分比例控制系统动力学.ppt

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1、汽车系统动力学—控制4PID控制的运用场合跟随控制：按目标值和实际值的偏差，通过调节器计算出输出量，不断进行调整，直至消除偏差。例如：PID控制在电控机械自动变速器中用于起步时离合器的控制、巡航控制等。发动机转速/力矩的控制。自动空调温度控制。PID控制的优点：简单性（直观）鲁棒性灵活性PID控制的本质是一个二阶线性控制器汽车起步时离合器的接合过程离合器接合过程图离合器是电控机械自动变速器中十分关键的一个工作部件，其工作质量直接影响到换挡的平顺和车辆起步性能的好坏，同时也直接影响到车辆的使用寿命。离合器的起步控

2、制是实现自动操纵的难点。汽车起步控制的指标为使汽车顺利起步，完成驾驶员的驾驶意图并尽量减少冲击度和滑磨功，需要建立如下调节原则：(1)调节发动机转速，使汽车的冲击和滑磨尽可能小，同时避免发动机熄火；(2)调节节气门开度，保证发动机具有足够的输出转矩；(3)调节离合器接合速度和节气门开度，防止发动机熄火或失速；(4)调节离合器接合过程，避免滑磨时间过长；(5)依据驾驶员的判断，适时调整离合器接合过程。发动机转速控制试验未采用转速控制系统采用PID转速控制系统发动机阶跃响应曲线PID控制简介PID(Proporti

3、onalIntegralDerivative)控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。从信号变换的角度而言，超前校正、滞后校正、滞后－超前校正可以总结为比例、积分、微分三种运算及其组合。PID控制原理模拟PID控制系统原理框图PID控制原理PID是一种线性控制器，它根据给定值rin(t)与实际输出值yout(t)构成控制方案：PID的控制规律为:PID控制原理PID控制器各校正环节的作用如下：比例环节：成比例地

4、反映控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减小偏差。积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数T,T越大，积分作用越弱，反之则越强。微分环节：反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。以二阶线性传递函数为被控对象，进行模拟PID控制。在信号发生器中选择正弦信号，仿真时取Kp＝60，Ki＝1，Kd＝3，输入指令为其中，A＝1.0，f＝0.20Hz被控对象模型选定为：

5、连续系统的基本PID仿真连续系统PID的Simulink仿真程序1.2连续系统的基本PID仿真连续系统的模拟PID控制正弦响应1.2连续系统的基本PID仿真比例控制规律具有比例控制规律的控制器称为比例(P)控制器,其传递函数为:这表明,P控制器的输入信号成比例地反映输出信号。　　　　　　　　优点:它的作用是调整系统的开环比例系数，提高系统的稳态精度，减低系统的惰性，加快响应速度。　　　　　　　　缺点:仅用P控制器,过大的开环比例系数不仅会使系统的超调量增大,而且会使系统稳定裕度变小,甚至不稳定。比例控制规律系统

6、的闭环传递函数：带有P控制器的反馈控制系统:积分控制规律具有积分控制规律的控制器称为积分(I)控制器,其传递函数为:在控制系统中,采用积分控制器可以提高系统的型别,消除或减小稳态误差,使系统的稳态性能得到改善。输出信号和输入信号的关系：积分控制规律优点：积分控制器的输出是反映的输入信号的积累，因此可以用来消除稳态误差。带Ｉ控制器的系统输入输出示意图积分控制规律缺点：积分控制器的加入会影响系统的稳定性，使系统的稳定裕度减小。带有I控制器的反馈控制系统:PI控制规律PI控制的传递函数：PI控制器不但保持了积分控制器

7、消除稳态误差的“记忆功能”，而且克服了单独使用积分控制消除误差时反应不灵敏的缺点输出信号和输入信号的关系：PI控制规律三种控制作用的对比曲线PD控制规律PD控制的传递函数：输出信号和输入信号的关系：PD控制只在动态过程中才起作用，对恒定稳态情况起阻断作用。因此，微分控制在任何情况下都不能单独使用。PD控制规律微分控制使得系统的响应速度变快，超调减小，振荡减轻。这就是微分系统对动态过程的“预测”作用三种控制作用的对比曲线PID控制规律PID控制的传递函数：输出信号和输入信号的关系：PID控制规律在低频段，主要是P

8、I控制规律起作用，提高系统型别，消除或减少稳态误差；在中高频段主要是PD规律起作用，增大截止频率和相角裕度，提高响应速度。因此，控制器可以全面地提高系统的控制性能。PID控制器的频率特性PID控制的发展原因１：在实际工业生产过程往往具有非线性、时变不确定，难以建立精确的数学模型，常规的PID控制器不能达到理想的控制效果；原因２：在实际生产现场中，由于受到参数整定方法烦杂的困扰，常规PI