完整版)PID調(diào)節(jié)器的仿真控制研究

1、PID調(diào)節(jié)器的仿真控制研究自控 1102 徐凱 2011014055一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膬?nèi)容：以所建模型作為被控對(duì)象，使用PID調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)控制。目標(biāo)：1、 通過(guò)選擇不同的常規(guī)調(diào)節(jié)器規(guī)律(P、PI、PID)及不同的調(diào)節(jié)參數(shù)，觀察相應(yīng)的過(guò)渡過(guò)程 曲線，比較控制過(guò)程的質(zhì)量指標(biāo)，進(jìn)一步理解和掌握調(diào)節(jié)規(guī)律和調(diào)節(jié)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的 影響。2、對(duì)給定的被控對(duì)象和給定的控制指標(biāo)，找出合適的調(diào)節(jié)規(guī)律和調(diào)節(jié)參數(shù)，通過(guò)自學(xué)，學(xué) 會(huì)參數(shù)整定的方法。二. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為保持飛機(jī)的航向和飛行高度，人們?cè)O(shè)計(jì)了如圖所示的飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀：控制器可選擇：P： G(s)Kc1PI： Q(s)K1-)T s1PID： qs)Kc(1 TdS

2、)TiS對(duì)以上控制回路，調(diào)節(jié)器取以下形式時(shí)，求取輸入為單位階躍信號(hào)時(shí)，實(shí)際航向角的過(guò)渡過(guò) 程曲線。記錄過(guò)渡過(guò)程曲線的( a)超調(diào)量(b)峰值時(shí)間(c)過(guò)渡時(shí)間(d)衰減比(e) 余差，研究不同調(diào)節(jié)規(guī)律及參數(shù)對(duì)控制質(zhì)量的影響。(1) P調(diào)節(jié)器：Kc分別取 0.1, 1.0, 2, 5, 8(2) PI調(diào)節(jié)器：Kc=5, Ti分別取1 , 2, 4, 6，與相同條件下的純比例調(diào)節(jié)器比較。(3) PID調(diào)節(jié)器：Kc=5, Ti=1, Td分別取0.001 , 0.01 , 0.05, 0.1,與相同條件下的 PI調(diào)節(jié)器 比較。利用MATLAB中的Simulink仿真軟件。實(shí)驗(yàn)作圖和計(jì)算Svpl(2)

3、p=1 I=0 D=峰值時(shí)間tp=2.092超調(diào)量 d %=(0.5083-0.4545)/0.4545*100%=11.83%調(diào)節(jié)時(shí)間：ts=6.229上升時(shí)間：tr= 1.687余差=0.4545-仁-0.5455(1)p=0.1 1=0 D=0由圖可得：峰值時(shí)間tp=2.418s超調(diào)量 d %=( 0.08065-0.07692 ) /0.07692*100%=48.49%調(diào)節(jié)時(shí)間：ts=6.854上升時(shí)間：tr=2.12余差=0.07692-仁-0.92308p=5 I=0 D=0tp=1.475d %=23.99%ts=4.632tr=0.8075余差=0.8065-1=-0.193

4、5(3)p=2 1=0 D=0峰值時(shí)間tp=1.782超調(diào)量 d %=(0.7248-0.625)/0.625*100%=15.968%調(diào)節(jié)時(shí)間ts: ts=4.848上升時(shí)間：tr=1.497余差=0.625-仁-0.375(6)取不同p值時(shí)的響應(yīng)圖(5)p=8 I=0 D=0 峰值時(shí)間tp=1,374超調(diào)量 d %=(1.137-0.8696)/0.8696*100%=30.7%調(diào)節(jié)時(shí)間ts=3.621上升時(shí)間：tr=1.231余差=0.8696-仁-0.13042.控制器為PI(1)p=5 I=1 D=0(2)p=5 I=0.5 D=0iamD.Er91 iy.j/uuID p=5 I=

5、0.25 D=0(4)p=5 1=1/6 D=0(5)p=5 ,取不同I值時(shí)的響圖3.控制器為PID(1)p=5 I=1 D=0.001(2)p=5 I=1 D=0.01(3)p=5 1=1 D=0.05(4)p=5 1=1 D=0.1(5)p=5 1=1取不同D值時(shí)的響應(yīng)四實(shí)驗(yàn)結(jié)論1比例、積分、微分三種調(diào)節(jié)規(guī)律在調(diào)節(jié)過(guò)程中的作用比例調(diào)節(jié)規(guī)律的作用是：是按比例反映系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏 差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過(guò)大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系 統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分調(diào)節(jié)規(guī)律的作用是：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差 ,提高無(wú)差度。 因?yàn)橛?/p>

6、誤差 ,積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行累加 ,直至無(wú)差 ,積分 調(diào)節(jié)停止 ,積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強(qiáng)弱取決與積分時(shí)間常數(shù) Ti,Ti 越小 ,積分作 用就越強(qiáng)。反之 Ti 大則積分作用弱 ,加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降 , 動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。積 分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合 , 組成 PI 調(diào)節(jié)器或 PID 調(diào)節(jié)器。微分調(diào)節(jié)規(guī)律的作用是：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率, 具有預(yù)見(jiàn)性 ,能預(yù)見(jiàn)偏差變化的趨勢(shì) ,因此能產(chǎn)生超前的控制作用 ,在偏差還沒(méi)有形成之前 ,已被微分調(diào)節(jié)作用消除。 因此 ,可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài) 性能。在微分時(shí)間選擇合適情況下,可以減少超調(diào) ,減少調(diào)節(jié)時(shí)間。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用

7、,因此過(guò)強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié) ,對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。此外 ,微分反應(yīng)的是變化率 ,而當(dāng)輸入沒(méi) 有變化時(shí) ,微分作用輸出為零。 微分作用不能單獨(dú)使用 ,需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合 ,組成 PD或PID控制器。2.比例、積分、微分三種調(diào)節(jié)規(guī)律的優(yōu)缺點(diǎn)分析比例調(diào)節(jié)規(guī)律優(yōu)點(diǎn):不改變輸入輸出波形形狀，增益可調(diào)。余差大小與Kc成反比。缺點(diǎn) :存在偏差， 是有差調(diào)節(jié)， 對(duì)于擾動(dòng)較大， 且慣性也較大的系統(tǒng)， 若采用單純的比例 調(diào)節(jié)，則很難兼顧動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性。積分調(diào)節(jié)規(guī)律優(yōu)點(diǎn) :可以消除偏差。缺點(diǎn) :最初為 0，隨著時(shí)間的增加而直線上升，故調(diào)節(jié)響應(yīng)慢。 且積分作用過(guò)強(qiáng)時(shí)系統(tǒng)易不穩(wěn)定。微分調(diào)節(jié)規(guī)律優(yōu)點(diǎn) :具有超前作用，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制品質(zhì)，并且使系統(tǒng)阻尼增加，降低振蕩程度， 提高系統(tǒng)穩(wěn)定性?？梢源蟠鬁p少系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)偏差及調(diào)節(jié)時(shí)間，從而改善了過(guò)程的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。缺點(diǎn) :輸出只能反應(yīng)輸入變化速度， 而對(duì)于一個(gè)固定不變的偏差， 不管其數(shù)值多大， 也不會(huì)有 微分作用輸出； 微分作用不能消除靜差， 而只能在偏差剛出現(xiàn)的時(shí)刻產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。 且微分 作用過(guò)強(qiáng)時(shí)震蕩速度急劇加快，不利于穩(wěn)定。3.P,Ti,D 變化對(duì)各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)的影響關(guān)系。1 隨著 kc 的增加， 比例作用加強(qiáng) , 穩(wěn)態(tài)誤差與 kc 成反比 , 超調(diào)量增大， 衰減比減小，