數(shù)字PID的仿真實(shí)驗(yàn)例子ppt課件

1、對(duì)對(duì)F(s)F(s)部分分式展開(kāi)：部分分式展開(kāi)：jsjjsjssF225.0225.0122)(b=2 0 9 1;b=2 0 9 1;a=1 1 4 4;a=1 1 4 4;r,p,k=residue(b,a)r,p,k=residue(b,a)44192)(233ssssssF展開(kāi)后得：展開(kāi)后得：求求F(z)F(z)的反變換：的反變換：X=sym(z2/(z3-4X=sym(z2/(z3-4* *z2+5z2+5* *z-2);z-2);x=iztrans(X)x=iztrans(X)254)(232zzzzzF求求f(t)=1-e-atf(t)=1-e-at的的Z Z變換：變換：x=sy

2、m(x=sym(1-exp(-a1-exp(-a* *t); t); X=ztrans(x)X=ztrans(x)對(duì)對(duì) 用零階堅(jiān)持器，在采樣周用零階堅(jiān)持器，在采樣周期期Ts=1sTs=1s下離散化求下離散化求G(z)G(z)sys=tf(10,1 1 0);sys=tf(10,1 1 0);dsys=c2d(sys,1,dsys=c2d(sys,1,zohzoh) )z,p,k=tf2zpz,p,k=tf2zpnumnum，den)den) 1(10)(0sssG結(jié)果如結(jié)果如P123P123：G(z)G(z)：仿真實(shí)例仿真實(shí)例1 1：160)(80sesGs利用利用simulinksimuli

3、nk中的比例、積分、微分，本中的比例、積分、微分，本人搭建延續(xù)人搭建延續(xù)PIDPID控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)上述對(duì)象的控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)上述對(duì)象的控制，修正控制，修正PIDPID參數(shù)察看其階躍呼應(yīng)曲線變參數(shù)察看其階躍呼應(yīng)曲線變化，掌握化，掌握PIDPID各個(gè)部分對(duì)系統(tǒng)性能的影響。各個(gè)部分對(duì)系統(tǒng)性能的影響。1210)(2sssG仿真實(shí)例仿真實(shí)例2 2：利用利用simulinksimulink中的中的PIDPID控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)上述對(duì)控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)上述對(duì)象的控制，修正象的控制，修正PIDPID參數(shù)察看其階躍呼應(yīng)曲參數(shù)察看其階躍呼應(yīng)曲線變化。線變化。仿真實(shí)例仿真實(shí)例3 3：設(shè)被控對(duì)象為：設(shè)被控對(duì)象為11854)(20s

4、ssG輸入信號(hào)是脈寬輸入信號(hào)是脈寬20s20s、周期、周期50s50s的脈沖信號(hào)。假的脈沖信號(hào)。假設(shè)常規(guī)設(shè)常規(guī)PIDPID控制器為：控制器為：sssD25 . 3115 . 0)(采用微分先行采用微分先行PIDPID控制器，并設(shè)其中的控制器，并設(shè)其中的系統(tǒng)采用兩種控制器的原理圖如下：系統(tǒng)采用兩種控制器的原理圖如下：5 .0r仿真實(shí)例仿真實(shí)例4 4：設(shè)被控對(duì)象為：設(shè)被控對(duì)象為sssG50400)(20利用增量式利用增量式PIDPID，采用腳本編程實(shí)現(xiàn)對(duì)上面對(duì)象，采用腳本編程實(shí)現(xiàn)對(duì)上面對(duì)象的控制，并整定的控制，并整定PIDPID參數(shù)參數(shù)被控對(duì)象為被控對(duì)象為sssG50400)(20采用零階堅(jiān)持器離

5、散化，采樣時(shí)間取采用零階堅(jiān)持器離散化，采樣時(shí)間取0.001s,0.001s,離離散化得：散化得：sssessZOHzGTs50400150400)(220TezzzzzTzzzsssZzzG50221016.0116.0)1(815016.016.08)1()()50(400)1()50(400)1()(21210sszssszzG21212229512. 05029512. 09512. 110001936. 00001968. 09512. 09512. 10001936. 00001968. 09512. 09512. 1)9754. 09754. 09512. 0(008. 0)951

6、2. 0)(1() 1(20)9512. 0)(1(209512. 0008. 016. 0116. 0) 1(81)(05. 0zzzzzzzzzzzzzzzzzezzzzzTzzzzGeT)2() 3() 1()2()2() 3() 1()2()()2(0001936. 0) 1(0001968. 0)2(9512. 0) 1(9512. 1)()2(9512. 0) 1(9512. 1)()2(0001936. 0) 1(0001968. 0)(9512. 0)(9512. 1)()(0001936. 0)(0001968. 0)9512. 09512. 11)()0001936. 00

7、001968. 0)(9512. 09512. 110001936. 00001968. 0)()()(212121212121kunumkunumkydenkydenkykukukykykykykykykukuzYzzYzzYzUzzUzzzzYzzzUzzzzzUzYzG腳本：腳本：clear all;clear all;close all;close all;ts=20;ts=20;sys=tf(1,60,1,inputdelay,80);sys=tf(1,60,1,inputdelay,80);dsys=c2d(sys,ts,zoh);dsys=c2d(sys,ts,zoh);num,

8、den=tfdata(dsys,v);num,den=tfdata(dsys,v);u_1=0;u_2=0;u_3=0;u_4=0;u_5=0;u_1=0;u_2=0;u_3=0;u_4=0;u_5=0;y_1=0;y_2=0;y_3=0;y_1=0;y_2=0;y_3=0;error_1=0;error_2=0;error_1=0;error_2=0;ei=0;ei=0;for k=1:1:200for k=1:1:200time(k)=ktime(k)=k* *ts;ts;yout(k)=-den(2)yout(k)=-den(2)* *y_1+num(2)y_1+num(2)* *u_5

9、;u_5;%I separation%I separationrin(k)=40;rin(k)=40;error(k)=rin(k)-yout(k);error(k)=rin(k)-yout(k);ei=ei+error(k)ei=ei+error(k)* *ts;ts;M=1;M=1;if M=1 %Using integration separationif M=1 %Using integration separation if abs(error(k)=30&abs(error(k)=30&abs(error(k)=20&abs(error(k)=20&

10、abs(error(k)=10&abs(error(k)=10&abs(error(k)=110 if u(k)=110 u(k)=110;u(k)=110;endendif u(k)=-110if u(k)=-110 u(k)=-110; u(k)=-110;endendu_5=u_4;u_4=u_3;u_3=u_2;u_2=u_1;u_1=u(k); u_5=u_4;u_4=u_3;u_3=u_2;u_2=u_1;u_1=u(k); y_3=y_2;y_2=y_1;y_1=yout(k); y_3=y_2;y_2=y_1;y_1=yout(k); error_2=error

11、_1;error_2=error_1;error_1=error(k);error_1=error(k);endendfigure(1);figure(1);plot(time,rin,b,time,yout,r);plot(time,rin,b,time,yout,r);xlabel(time(s);ylabel(rin,yout);xlabel(time(s);ylabel(rin,yout);figure(2);figure(2);plot(time,u,r);plot(time,u,r);xlabel(time(s);ylabel(u);xlabel(time(s);ylabel(u)

12、;2 2、抗積分飽和法、抗積分飽和法背景：背景：PIDPID控制器的輸出由于積分作用不斷累控制器的輸出由于積分作用不斷累加而加大加而加大, ,從而導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)到達(dá)極限位置從而導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)到達(dá)極限位置( (如如閥門全開(kāi)閥門全開(kāi)),),假設(shè)控制器輸出繼續(xù)增大假設(shè)控制器輸出繼續(xù)增大, ,閥門開(kāi)閥門開(kāi)度不能夠再增大度不能夠再增大, ,此時(shí)就稱計(jì)算機(jī)輸出超出了此時(shí)就稱計(jì)算機(jī)輸出超出了正常運(yùn)轉(zhuǎn)范圍而進(jìn)入了飽和區(qū)正常運(yùn)轉(zhuǎn)范圍而進(jìn)入了飽和區(qū). .系統(tǒng)進(jìn)入飽和系統(tǒng)進(jìn)入飽和后，飽和越深，退飽和時(shí)間越長(zhǎng)，系統(tǒng)超調(diào)就后，飽和越深，退飽和時(shí)間越長(zhǎng)，系統(tǒng)超調(diào)就越大。越大。措施：對(duì)輸出進(jìn)展限幅，同時(shí)切除積分作用。措施：對(duì)輸

13、出進(jìn)展限幅，同時(shí)切除積分作用。算法：算法：FFHkuFFHkuHkuHku取時(shí)當(dāng)取時(shí)當(dāng))(,)(00)(,00)(仿真實(shí)例仿真實(shí)例: :ssssG1047035.87523500)(23仿真實(shí)驗(yàn)仿真實(shí)驗(yàn), ,采用圖采用圖(b)(b)構(gòu)造的不完全微分構(gòu)造的不完全微分, ,對(duì)象為對(duì)象為160)(80sesGsmsTssDsf20,11801)(仿真中對(duì)象輸出端加幅值為仿真中對(duì)象輸出端加幅值為0.010.01的隨機(jī)信號(hào)的隨機(jī)信號(hào). .輸輸入信號(hào)為階躍信號(hào)入信號(hào)為階躍信號(hào). .對(duì)象在不完全微分對(duì)象在不完全微分PIDPID和和規(guī)范規(guī)范PIDPID作用下的輸出呼應(yīng)分別見(jiàn)仿真程序作用下的輸出呼應(yīng)分別見(jiàn)仿真程

14、序D_partial.mD_partial.m和和partialD.mdlpartialD.mdl二、不完全微分二、不完全微分仿真舉例：設(shè)被控對(duì)象為仿真舉例：設(shè)被控對(duì)象為16)(800sesGs輸入信號(hào)為帶有高頻干擾的方波信號(hào)輸入信號(hào)為帶有高頻干擾的方波信號(hào): :)03. 0sin(05. 0)0005. 0(sin(0 . 1)(ttsigntrin二、微分先行二、微分先行對(duì)象在微分先行對(duì)象在微分先行PIDPID作用和規(guī)范作用和規(guī)范PIDPID控制器作用下輸入控制器作用下輸入輸出見(jiàn)仿真程序輸出見(jiàn)仿真程序D_advance.mD_advance.m經(jīng)過(guò)構(gòu)造圖的仿真見(jiàn)經(jīng)過(guò)構(gòu)造圖的仿真見(jiàn)advan

15、ceD.maladvanceD.mal舉例舉例2 2：設(shè)被控對(duì)象為：設(shè)被控對(duì)象為11854)(20sssG輸入信號(hào)是脈寬輸入信號(hào)是脈寬20s20s、周期、周期50s50s的脈沖信號(hào)。假的脈沖信號(hào)。假設(shè)常規(guī)設(shè)常規(guī)PIDPID控制器為：控制器為：sssD25 . 3115 . 0)(采用微分先行采用微分先行PIDPID控制器，并設(shè)其中的控制器，并設(shè)其中的系統(tǒng)采用兩種控制器的原理圖如下：系統(tǒng)采用兩種控制器的原理圖如下：5 .0r系統(tǒng)采用兩種控制器的輸出呼應(yīng)波形如下：系統(tǒng)采用兩種控制器的輸出呼應(yīng)波形如下： 試湊法試一種憑仗閱歷整定參數(shù)的方法，試湊法試一種憑仗閱歷整定參數(shù)的方法，讓系統(tǒng)閉環(huán)，改動(dòng)給定值以

16、給系統(tǒng)施加干擾讓系統(tǒng)閉環(huán)，改動(dòng)給定值以給系統(tǒng)施加干擾信號(hào)，一邊按信號(hào)，一邊按 順序調(diào)理，一順序調(diào)理，一邊察看過(guò)渡過(guò)程，直到稱心為止。其過(guò)程如邊察看過(guò)渡過(guò)程，直到稱心為止。其過(guò)程如下：下：(1)(1)先調(diào)先調(diào) : :讓系統(tǒng)閉環(huán)，使積分和微分不起讓系統(tǒng)閉環(huán)，使積分和微分不起作用作用 ， ，察看系統(tǒng)的呼應(yīng)，察看系統(tǒng)的呼應(yīng)，假設(shè)反映快、超調(diào)小，靜差滿足要求，那么假設(shè)反映快、超調(diào)小，靜差滿足要求，那么就用純比例控制器。就用純比例控制器。四、四、 試湊法試湊法iTpKpKiT0dTdT (2)(2)調(diào)調(diào) : :假設(shè)靜差太大，那么參與假設(shè)靜差太大，那么參與 ，且同時(shí)，且同時(shí)使使 略下降如降至原來(lái)的略下降如降至原來(lái)的8080，因參與積分，因參與積分會(huì)使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，故減小會(huì)使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，故減小 ， 由大到由大到小，直到滿足靜差要求。小，直到滿足靜差要求。(3)(3)調(diào)調(diào) : :假設(shè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性不好，那么參與假設(shè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性不好，那么參與 ，同時(shí)使同時(shí)使 略微提升一點(diǎn)，略微提升一點(diǎn)， 由小到大，直到動(dòng)由小到大，直到