軟件設計高月

1、軟件設計報告 班 級：自控1105班 姓 名：高月 學 號：2011014152 目錄目錄2一、題目3二、原理41、增量式pid控制原理42、繼電法整定pid參數(shù)4三、程序設計71、程序設計詳單7（1）增量式pid控制程序7（2）整定9四、結(jié)果展示與分析 9 五、體會11 六、參考文獻12一、題目題目10：連鑄機拉矯輥的液壓壓下裝置是一個電液伺服系統(tǒng)，是實現(xiàn)復雜自動控制動作的關(guān)鍵，在冶金行業(yè)中有著廣泛的應用。通過機理分析可知，該電液伺服控制系統(tǒng)實際是一個非線性控制系統(tǒng)，經(jīng)過線性化處理后，其傳遞函數(shù)形式為：根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)可知，該液壓壓下控制系統(tǒng)中增益k8，阻尼比0.3，固有頻率200rad/s

2、。該系統(tǒng)常采用pid控制，其中pid參數(shù)的選取對控制效果的影響至關(guān)重要。控制目標是實現(xiàn)對壓力的連續(xù)可調(diào)，超調(diào)小，并保證無靜態(tài)誤差?？刂埔螅?. 采用增量式 pid 控制算法實現(xiàn)爐溫控制2. 采用繼電法整定pid參數(shù)3. 整定效果驗證：當工作時間到達200s時，輸出端出現(xiàn)寬度為50s，幅值為0.4的干擾時，討論pid控制的抗擾動性，說明上述pid參數(shù)是否選取合適。二、原理1、增量式pid控制原理在工業(yè)控制中，按偏差的比例、積分、微分進行控制的pid控制具有原理簡單，易于、適用面較寬等優(yōu)點，多年來一直是應用最廣泛的一種控制器。在本設計中，運用程序編寫控制方案。由于計算機控制系統(tǒng)在時間上是離散的，

3、控制器每隔一個控制周期進行一次控制量的計算并輸出到執(zhí)行機構(gòu)。運用增量型pid控制算法，可知：u(k)=u(k)-u(k-1) =kce(k)-e(k-1)+(t/ti)*e(k)+(td /t)*e(k)-2e(k-1)+e(k-2)或?qū)憺閡(k) =kce(k)-e(k-1)+ki e(k)+kde(k)-2e(k-1)+e(k-2)其中ki= kc t/ti (1) , kd=kc td/t (2)2、繼電法整定pid參數(shù)上圖所示為繼電型pid自整定結(jié)構(gòu)，當開關(guān)開向整定時，得到系統(tǒng)臨界信息震蕩幅值a和震蕩頻率c；而當開關(guān)切向控制時，此時系統(tǒng)按照pid控制方式運行，由pid控制器對系統(tǒng)的動態(tài)

4、性能進行調(diào)節(jié)。開關(guān)整定切換到控制時，這中間就需要我們利用得到的系統(tǒng)臨界信息整定出pid控制器參數(shù)值。這里面包含兩個步驟：確定整定過程中的臨界信息和確定pid控制器的參數(shù)值。臨界信息的確定：使系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程發(fā)生振蕩的條件可以寫成：+n(a)g(s)s=jc=0即： g(jc)=-1/n(a)令該式的實部和虛部分別等于零，則可以得出振蕩頻率c和振蕩幅值a。假設繼電非線性環(huán)節(jié)不帶有滯環(huán)，即若設0，則描述函數(shù)可以簡化成：n(a)=4m/a，這時可立即求出振蕩頻率c并求出臨界周期tu及臨界增益kc： 下面來對本設計進行詳細計算說明：其中：k8，0.3，200rad/s則 c=200, 解得：tu=2

5、/c=0.0314, ku=pid控制器參數(shù)值的確定：pid的參數(shù)可能根據(jù)經(jīng)驗公式得出：控制器kctitdp0.5kupi0.4ku0.8tupid0.6ku0.5tu0.12tu然后進一步根據(jù)公式（）和（）可得出pid 參數(shù)以及ki、kd如下：控制器kctitdkikdp7.5pi60.025121.2pid90.01570.0037682.576.78三、程序設計1、程序設計詳單（1）增量式pid控制程序clear all;close all;ts=0.01;%采樣時間0.01s%比例作用kp=7.5;ti=99999;td=0;sys=tf(320000,1,120,40000,0);%

6、系統(tǒng)傳遞函數(shù)dsys=c2d(sys，ts,z); %求離散化傳遞函數(shù)num,den=tfdata(dsys,v); %求得離散傳遞函數(shù)的分子和分母%設定初始值u1=0;u2=0;u3=0; y1=0;y2=0;y3=0;yy1=0;e1=0;e2=0;ki=kp*ts/ti;%（1）式kd=kp*td/ts;%(2）式a=kp*(1+ts/ti+td/ts);b=-kp*(1+2*td/ts);c=kp*td/ts;for k=1:300t(k)=k*ts;r(k)=1;%階躍信號y(k)=-den(2)*y1-den(3)*y2-den(4)*y3+num(2)*u1+num(3)*u2+

7、num(4)*u3;%根據(jù)離散系統(tǒng)傳函求出差分方程d(k)=0;%干擾yy(k)=y(k)+d(k);e(k)=r(k)-yy(k);%計算偏差值u(k)=a*e(k)+b*e1+c*e2;%對偏差進行pid計算u(k)=u1+u(k);u3=u2;u2=u1;u1=u(k);y3=y2;y2=y1;y1=y(k);yy1=yy(k);e2=e1;e1=e(k);end figure(1);plot(t,r,r,t,yy,b);xlabel(time/s);ylabel(輸出響應);ylim(0 2)%比例積分作用 kp=6;ti=0.02512;td=0;比例積分微分時同理：%比例積分微分作

8、用kp=9;ti=0.0157;td=0.003768;（2）整定效果驗證 %干擾信號if k=200 d(k)=0;elseif k250 d(k)=0;end四、結(jié)果展示與分析整定效果驗證（如下圖）： 只有比例（p）作用時：由上圖可見，在干擾處輸出變化較大，而且不會回到給定值;當進行比例積分（pi）控制時：積分作用具有消除系統(tǒng)余差的能力，所以在克服偏差時的控制效果要比純比例的好當進行比例積分微分控制（pid）時：圖像發(fā)散，完全不可以消除干擾，不能用此方法控制。結(jié)論：由兩組圖像可知，比例積分的控制效果最好，無論是在穩(wěn)定時間和克服擾動方面都很好，純比例控制效果雖然在克服輸入端單位階躍時效果很好，但對于輸出端的擾動無能為力；而加入微分作用后，系統(tǒng)趨向于發(fā)散。是由于積分具有消除余差作用的能力，所以在克服偏差時的控制效果要比純比例的好，而微分的作用是消除系統(tǒng)的滯后，而且加入微分后系統(tǒng)會趨向于不穩(wěn)定，本題目中存在滯后，所以不宜加入微分作用。五、體會 通過本次軟件設計，我深有感觸，不僅對matlab的基本用法有了一定的了解，熟悉增量式pid的原理及其算法，會使用matlab對其過程進行編程仿真，了解了繼電法整定pid參數(shù)，知道如何對于傳遞函數(shù)設定適應的pid參數(shù)。并且，這次動手操作，還鍛煉了我分析、查