自动控制原理-P、PD 和PID 控制器性能比较.doc

《自动控制原理-P、PD 和PID 控制器性能比较.doc》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、课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目:P、PD和PID控制器性能比较初始条件：W-+YR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（比例P控制），（比例微分PD控制），（比例积分微分PID控制），令，，，Di(s)为上述三种控制律之一。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Matla

2、b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。时间安排：任务时间（天）指导老师下达任务书，审题、查阅相关资料2分析、计算3编写程序2撰写报告2论文答辩1指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要Ⅰ1参考输入决定的系统类型及误差常数11.1系统类型11.1.1P控制器11.1.2PD控制器21.1.3PID控制器21.2误差常数21.2.1阶跃信号输入31.2.2斜坡信号输入31.2.3加速度信号输入

3、42扰动决定的系统类型与误差常数82.1系统类型82.2误差常数83系统的跟踪性能和扰动性能113.1跟踪性能113.2扰动性能114系统仿真124.1由参考输入决定的系统响应124.2扰动决定的系统响应145收获与体会17参考文献18附录一P控制的参考输入响应程序19附录二PD控制参考输入响应程序21附录三PID控制参考输入响应程序23附录四P控制扰动输入系统误差25附录五PD控制扰动输入系统误差27附录六PID控制扰动输入系统误差29本科生课程设计成绩评定表31摘要本文就在P控制系统，PD控制系统和PID控制系统参考输入作用下和扰动输入作用下的输出响应，并进一步分析系统的跟踪性能和扰动性能

4、。先求传递函数，分析系统类型。求出不同型别的系统的在不同输入作用下的稳态误差，一般而言，参考输入作用下的误差系数用静态误差系数计算，扰动输入作用下的误差系数用动态系数计算；进而分析系统的跟踪性能和扰动性能。系统的跟踪和扰动性能将通过不同输入作用下MATLAB曲线来加以验证。比例控制器、比例-积分控制器、比例-积分-微分控制器在自动控制系统中都有着广泛的应用，熟悉和掌握它们的工作原理及特点对于有效运用尤为重要。关键字：比例、微分、积分、控制器、性能比较1参考输入决定的系统类型及误差常数设控制系统如图1-1所示，其中系统对象模型为，控制器传递函数为（比例P控制），（比例微分PD控制），（比例积分微

5、分PID控制），令，，，Di(s)为上述三种控制律之一。图1-1控制系统结构图在不同的参考输入作用下，误差信号为：(1-1)误差传递函数为：(1-2)1.1系统类型1.1.1P控制器当控制器传递函数时，系统的开环传递函数为：(1-3)由系统的开环传递函数中，故此系统类型为0型系统。1.1.1PD控制器当控制器传递函数时，系统的开环传递函数为：(1-4)由系统的开环传递函数中，故此系统类型为0型系统。1.1.2PID控制器当控制器传递函数时，系统的开环传递函数为：(1-5)由系统的开环传递函数中，故此系统类型为1型系统。1.1误差常数设有理函数除在原点处有唯一的极点外，在s右半平面及虚轴上界析，

6、的极点均位于s的左半平面(包括坐标原点）,由式1-2得系统的稳态误差为：(1-6)上式表明影响图1-1系统稳态误差的因素有输入信号的形式和开环传递函数。由前文分析可得不同的开环传递函数，系统型别不同。所以下文讨论不同型别系统在阶跃函数、斜坡函数和加速度函数三种常见的输入信号函数的作用下的稳态误差计算。在输入信号作用下,由式1-2知(1-7)设系统的开环传递函数可以表示为：(1-8)则由式1-7和1-8得(1-9)1.2.1阶跃信号输入当输入信号为阶跃信号，带入式1-9得(1-10)对于0型单位反馈控制系统习惯上采用静态误差系数在阶跃输入作用下的位置误差，由1-6可得(1-11)其中(1-12)

7、对1型或高于1型的系统(1-13)1.2.2斜坡信号输入在输入阶跃信号作用下,带入式1-9得(1-14)若用静态速度误差系数表示系统斜坡输入作用下的稳态误差，由式1-6和1-14得(1-15)其中(1-16)称为系统的稳态速度误差系数。对0型系统(1-17)对1型系统(1-18)对Ⅱ型或高于Ⅱ型的系统(1-19)1.2.3加速度信号输入在输入阶跃信号作用下,带入式1-9得(1-20)若用静态加速度