pid控制参数对系统性能影响的分析

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1、班级：09级机控2班组员：王华帅田若铎刘宝指导教师：刘思远二阶系统的PID控制器设计以及参数整定在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。（1）对系统的动态性能影响：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。（2）对系统的稳态性能影响：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。因此Kp的整定

2、主要依据系统的动态性能。积分控制通常和比例控制或比例微分控制联合作用，构成PI控制或PID控制。（1）对系统的动态性能影响：对于合适的值，可以减小系统的超调量，提高了稳定性，引入积分环节的代价是降低系统的快速性。（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，系统可能会产生震荡，影响系统的稳定性。（1）对系统的动态性能影响：微分系数的增加即微分作用的增加可以改善系统的动态特性，如减少超调量，缩短调节时间等。适当加大比例控制，可以减少稳态误差，提高控制精度。但值偏大或偏小都会适得其反。另外微分作用有可能放大系统的噪声，降低系统的抗干扰能力。（2）对系统

3、的稳态性能影响：微分环节的加入，可以在误差出现或变化瞬间，按偏差变化的趋向进行控制。它引进一个早期的修正作用，有助于增加系统的稳定性。比例系数对系统动态性能影响开环传递函数为调节Ｐ的大小对系统动态性能影响如图由图可见，当Ｋp加大时，可是系统动作灵敏，速度加快，在系统稳定的前提下，系统的稳态误差将减小，却不能完全消除系统的稳态误差。Kp偏大时，系统的震荡次数增多，调节时间增长。Kp太大时，系统会趋于不稳定。积分系数大小对系统动态性能影响P=0.618PI=1PD=0开环传递函数为积分系数的影响如图所示由此可见，积分作用能够消除稳态误差，提高控制精度，系统积分作用的引入通常使系统的稳定性下降，K

4、1太大时系统将不稳定，K1偏大时系统的震荡次数较多，微分系数对系统性能影响开环传递函数为微分系数对系统性能影响如图微分控制经常与比例控制或积分控制联合使用。引入微分控制可以改善系统的动态特性，当K2偏小时，超调量较大，调节时间也较长；当K2合适时可以提高系统响应速度，提高系统稳定性。Matlab调试程序num=4den=[1,1.5,4]Gtf=tf(num,den)Kp=8;K1=0.4;K2=[0.5,1,5,20]fori=1:4;num1=[K2(i),Kp,K1];den1=[1,0];Gk=tf(num1,den1);G=feedback(Gk*Gtf,1);step(G)hol

5、donend通过改变不同的参数，便可得到在不同参数情况下的系统响应，而且以一个清晰的图像表示出来。试凑法调整系统参数系统开环传递函数为首先取比例系数Kp=30系统响应如图由图中可以看出，系统响应较快，满足系统的要求，但是稳态误差较大，需要引入积分环节，进行PI调节。试凑法试凑法调整系统参数系统开环传递函数为取比例系数Kp=30，K1=0.4系统响应如图由图可以看出，系统的稳态误差已经达到要求，但是系统的超调量较大，震荡次数较多，调整时间较长，需要引入微分环节，进行PID调节试凑法调整系统参数系统开环传递函数为取Kp=35，K1=0.4，K2=15系统响应如图由图可以看出，系统的超调量小于2％

6、，调整时间小于0.2s,稳态误差小于5％，很好的满足了系统的要求PID控制器的参数必须根据工程问题的具体要求来考虑。在工业过程控制中，通常要保证闭环系统稳定，对给定量的变化能迅速跟踪，超调量小。在不同干扰下输出应能保持在给定值附近，控制量尽可能地小，在系统和环境参数发生变化时控制应保持稳定。一般来说，要同时满足这些要求是很难做到的，必须根据系统的具体情况，满足主要的性能指标，同时兼顾其它方面的要求。在选择采样周期T时，通常都选择T远远小于系统的时间常数。因此，PID参数的整定可以按模拟控制器的方法来进行。