基于matlb的PID控制器.doc

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1、目录一、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PID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

2、于一介系统来说，提高Kp还可以减小系统的稳态误差。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，减小稳态误差。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。二、原系统分析使用SIMULINK建立单回路过程控制系统如下图所示：图1系统仿真图形图1单回路控制系统原传递函数仿真图形如下图所

3、示：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，所以可尝试调节PID控制器各个参数来确定其稳定性。（1）只采用比例控制时，针对不同的=[0.1:0.1:1]，绘制系统闭环阶跃响应曲线；（2）令，应用PI控制策略时，针对不同的=[0.7:0.1:1.5]，绘制系统的阶跃响应曲线；（3）令，应用PID控制策略来试验不同的=[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（1）Kp=1时：（2）Kp=0.8图3Kp=1

4、时的响应曲线图4Kp=0.8时的响应曲线（3）Kp=0.6（4）Kp=0.4图5Kp=0.6时的响应曲线图6Kp=0.4时的响应曲线（5）Kp=0.2（6）Kp=0.1图7Kp=0.2时的响应曲线图8Kp=0.1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

5、为PI控制器时，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=1Ki=0.1（2）Kp=1Ki=0.5图9Kp=1Ki=0.1的响应曲线图10Kp=1Ki=0.2的响应曲线（3）Kp=1Ki=0.7（4）Kp=1Ki=1.2图11Kp=1Ki=0.7的响应曲线图12Kp=1Ki=1.2的响应曲线（5）Kp=1Ki=1.5图13Kp=1Ki=1.5的响应曲线积分时间常数对系统的影响：（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。太小，系统可能不稳定，且振荡次数较

6、多；太大，对系统的影响将削弱；当较适合时，系统的过渡过程特性比较理想。（2）对系统的稳态性能影响：积分控制有助于消除系统稳态误差，提高系统的控制精度，但若太大，积分作用太弱，则不能减少余差。仿真结果表明：当的值逐渐减小时，系统的超调量增大，系统的响应速度加快。相反，随着值的加大，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。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误差，提高系统的误差度。3.3控制器为PID控制器此时保持Kp=1，Ki=1不变，改变

7、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=1Ki=1Kd=0.1（2）Kp=1Ki=1Kd=0.1图14Kp=1Ki=1Kd=0.1的响应曲线图15Kp=1Ki=1Kd=0.2的响应曲线（3）KP=1Ki=1Kd=0.6（4）KP=1Ki=1Kd=1图16Kp=1Ki=1Kd=0.6的响应曲线图17Kp=1Ki=1Kd=1的响应曲线（5）KP=1Ki=1Kd=1.4（6）KP=1Ki=1Kd=1.4图18Kp=1Ki=1Kd=1.4的响应曲线图19Kp=1Ki=1Kd=1

8、.8的响应曲线（7）KP=1Ki=1Kd=2图20KP=1Ki=1Kd=2的响应曲线在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。微分能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。由以上综合仿真可得：从P到PID控制的仿真效果来看系统的性能越来越好，可以发现PID控制所起的作