经典控制理论与汽车控制课件.ppt

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1、第六章经典控制理论与汽车控制6.1系统校正分类6.2模拟PID控制6.3数字PID控制6.4PID调节器参数选择6.5汽车巡航控制（1）系统校正在系统中增加一些元件和装置，以使系统达到所要求的性能指标按照校正装置在系统中的连接方式，控制系统的校正方式有四种，即串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正.串联校正：一般接在系统误差测量点之后和放大器之前，串联接于系统前向通道之中。反馈校正：接在系统局部反馈通路中串联校正对象控制器反馈校正6.1系统校正分类前馈校正或顺馈校正，是在系统主反馈回路之外采用的校正方式。这种校正方

2、式的作用相当于对给定值信号进行整形或滤波后，再送入系统；另一种前馈校正装置接在系统可测扰动作用点与误差测量点之间，对扰动信号进行直接或间接测量，并经变换后接入系统，形成一条附加的对扰动影响进行补偿的通道。前馈校正对象控制器前馈校正对象控制器3G2(s)Gn(s)G1(s)G2(s)Gr(s)G1(s)复合校正方式是在反馈控制回路中，加入前馈校正通路，组成一个有机整体，有按扰动补偿的复合控制形式和按输入补偿的复合控制形式。4反馈矫正G(s)R(s)C(s)H(s)B(s)E(s)R(s)C(s)模拟PID控制系统原

3、理框图6.2模拟PID控制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控制器各校正环节的作用如下：比例环节：成比例地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，

4、减少调节时间。PID控制原理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：连续系统的基本PID仿真连续系统PID的Simulink仿真程序连续系统的基本PID仿真连续系统的模拟PID控制正弦响应连续系统的基本PID仿真PID校正的特点（1）对被控对象的模型要求低，在模型完全未知的情况下，也能进行校正；（2）校正方便，P、I、D作用相互独立，最后以求和出现，可以任意改变其中的某一校正

5、规律，提高了使用的灵活性；（3）适应范围较广，一般的校正装置受原系统参数变化的影响较大，而PID适应范围要广的多，在一定的变化区间内，仍有很好的校正效果。常见PID控制方法连续系统的数字PID控制离散系统的数字PID控制增量式PID控制（步进电机）积分分离PID控制抗积分饱和PID控制：进入饱和区后，不进行积分项累加梯形积分PID控制变速积分PID分段PID模糊PID按模拟PID控制算法，以一系列的采样时刻点kT代表连续时间t，以矩形法数值积分近似代替积分，以一阶后向差分近似代替微分，即：6.3离散PID控制可得离

6、散表达式：式中，Ki=Kp/Ti,Kd=KpTd,T为采样周期，K为采样序号，k=1,2,……,e(k-1)和e(k)分别为第(k-1)和第k时刻所得的偏差信号。离散式PID控制系统根据位置式PID控制算法得到其程序框图。在仿真过程中，可根据实际情况，对控制器的输出进行限幅：[-10，10]。试凑法确定PID调节参数◆通过模拟或闭环运行观察系统的响应曲线，然后根据各环节参数对系统响应的大致影响，反复凑试参数，以达到满意的响应，从而确定PID参数◆Kp增大，系统响应加快，静差减小，但系统振荡增强，稳定性下降；Ti增大

7、，系统超调减小，振荡减弱，但系统静差的消除也随之减慢；Td增大，调节时间减小，快速性增强，系统振荡减弱，稳定性增强，但系统对扰动的抑制能力减弱6.4PID调节器参数选择◆在凑试时，可参考以上参数分析控制过程的影响趋势，对参数进行先比例，后积分，再微分的整定步骤，步骤如下：—整定比例部分—如果仅调节比例调节器参数，系统的静差还达不到设计要求时，则需加入积分环节—若使用比例积分器，能消除静差，但动态过程经反复调整后仍达不到要求，这时可加入微分环节◆常见被控量的PID参数经验选择范围阶跃曲线法－整定数字控制器参数的步骤：

8、①数字控制器不接入控制系统，系统开环，并处于手动状态，再手动给对象输入阶跃信号②纪录系统对阶跃信号的响应曲线③根据曲线求得滞后时间τ、被控对象的时间常数Tτ，它们的比值Tτ/τ，并控制度(描述对象特征的主参：放大倍数K、滞后时间、时间常数)控制度—控制度的定义：以模拟调节器为基准，将数字PID的控制效果与模拟调节器的控制效果相比较，采用误差平方积分表示：—控